Forskere forklarer den unikke underliggende atomare struktur af PNCP metallisk glas

Pd_42.5 Ni_7,5 Cu₃₀ P₂₀ (PNCP) anses for at være mester for bulk metalliske glas på grund af dets glasdannende evne (GFA), men de atomare konfigurationer, der fører til denne egenskab, forbliver ukendte. For nylig analyserede et internationalt team af forskere ledet af prof. Shinya Hosokawa fra Kumamoto University, Japan atomkonfigurationerne af PNCP, sammenlignede det med tidligere legeringer og fandt dets karakteristiske konfigurationer og oprindelsen af ​​dets GFA. Dette kan hjælpe ingeniører med at skabe bedre metalliske briller.

Metallisk glas er et revolutionerende materiale, som kombinerer glassets fleksibilitet med metallernes styrke. Disse er lavet ved hurtig afkøling af et flydende metal eller en legering, således at atomerne fryser i et tilfældigt mønster, meget ligesom væsker, snarere end det almindelige mønster af normale metaller. Dette tilfældige væskelignende mønster ses også i glas, hvilket giver materialet sit navn. Pd_42.5 Ni_7,5 Cu₃₀ P₂₀ (PNCP) anses for at være meget bedre end nogen af ​​sine moderlegeringer, Pd₄₀ Ni₄₀ P₂₀ (PNP), som viser en lidt dårligere GFA og Pd₄₀ Cu₄₀ P₂₀ (PCP), som viser en meget dårligere GFA end PNCP. Alligevel forblev de atomare konfigurationer, der er karakteristiske for PNCP, som gør det til et fremragende metallisk glas, et mysterium.

I et nyligt papir, der blev gjort tilgængeligt online den 25. august 2022 og offentliggjort i Journal of Non-Crystalline Solids , et team af forskere fra Japan, Tyskland, Frankrig, Ungarn og Storbritannien bragte os et skridt tættere på at løse dette mysterium. Ledet af professor Shinya Hosokawa fra Kumamoto University, Japan, analyserede de med succes PNCP's atomare struktur og sammenlignede den med atomstrukturen af ​​PNP og PCP for at finde de karakteristiske konfigurationer, der kan føre til den fremragende GFA af PNCP.

"Mens tidligere undersøgelser har forsøgt at formulere regler, der kan forudsige GFA for metalliske glas, er disse ikke blevet eksperimentelt verificeret. Vores resultater viser, at disse regler muligvis ikke er sande. Desuden belyser vores forskning et lys på de næste trin, der skal være taget til at forstå, hvordan de atomare konfigurationer af andre metalliske glas påvirker deres GFA," sagde Prof. Hosokawa.

Gennem flere observationsteknikker som unormal røntgenspredning, røntgendiffraktion og neutrondiffraktion blev atomkonfigurationerne af en PNCP-prøve med 3 mm diameter belyst. Disse blev analyseret ved hjælp af teknikker som omvendt Monte Carlo-modellering. Observationerne blev derefter sammenlignet med lignende fra PNP og PCP.

Holdet fandt tydelige forskelle i de atomare konfigurationer af PNCP sammenlignet med dets moderlegeringer. Til at begynde med udviste PNCP mere heterogenitet i dets sekundære metaller, nikkel og kobber, sammenlignet med de sekundære metaller i PNP (dvs. nikkel) og PCP (dvs. kobber). Nikkel og kobber var ikke ensartet fordelt i PNCP. Desuden observerede holdet øgede icosahedriske arrangementer omkring nikkel og kobber i PNCP. Endelig viste resultater fra persistent homology (PH), en metode til beregning af topologien af ​​forbindelser, at PNCP indeholdt de største kobber-PH-ringe af palladium-baserede bulk metalliske glas.

Ud fra disse resultater konkluderede forskerne, at i PNCP er den let kovalente del (fremstillet af palladium og fosfor eller Pd-P) og den metalliske del (fremstillet af nikkel og kobber) sammen med hinanden, og dette fører til PNCP'er fremragende GFA. Prof. Hosokawa forklarer, hvorfor disse resultater er nyttige:"Vores resultater kan hjælpe andre med at forstå oprindelsen af ​​fremragende glasdannende evne i mange metalliske glas, ikke kun PNCP. Yderligere forskning kan bygge videre på vores og hjælpe med at udvikle bedre metalliske glas i fremtiden. "

Metalliske glas har god fleksibilitet, styrke og modstandsdygtighed over for korrosion. Der er således et enormt potentiale i brugen af ​​disse materialer. Fremskridt som dette kan gøre brugen af ​​metalliske briller mere almindelig i vores verden og kan bringe os et skridt tættere på at realisere potentialet i disse unikke materialer. + Udforsk yderligere

Forskning gør glasdannelsens fysik klarere