Progresul către o teorie universală a formării sticlei

Oamenii de știință de la Universitatea din Tokyo folosesc simulări pe computer pentru a modela efectele compusului esențial asupra capacității de formare a sticlei a aliajelor metalice, care poate duce la ochelari puternici, conductori electric. Credit: Institutul de Științe Industriale, Universitatea din Tokyo

Cercetătorii de la Institutul de Științe Industriale de la Universitatea din Tokyo au folosit calcule de dinamică moleculară pentru a simula capacitatea de formare a sticlei a aliajelor metalice. Acestea arată că chiar și mici modificări ale compoziției pot afecta puternic probabilitatea ca un material să ia o stare cristalină față de un pahar la răcire. Această lucrare ar putea duce la o teorie universală a formării sticlei și sticlei mai ieftine, mai rezistente, electrizante.

Dacă ai oaspeți importanți care vin la cină, îți poți așeza masa cu pahare scumpe „de cristal”. Cu toate acestea, pentru oamenii de știință, cristalul și sticla sunt de fapt două stări foarte diferite pe care le poate lua un lichid atunci când este răcit. Un cristal are o structură de rețea tridimensională definită care se repetă la nesfârșit, în timp ce sticla este o soluție amorfă care nu are secvențializare pe termen lung. Teoriile actuale ale formării sticlei nu pot prezice cu exactitate ce amestecuri de metale vor fi „vitrificate” pentru a forma o sticlă și care se vor cristaliza. O înțelegere mai bună și mai cuprinzătoare a formării sticlei ar fi de mare ajutor atunci când se proiectează rețete noi pentru materiale puternic mecanic, conductoare electric.

Acum, cercetătorii de la Universitatea din Tokyo au folosit simulări pe computer a trei prototipuri de sisteme metalice pentru a studia procesul de formare a sticlei. „Am constatat că capacitatea unui sistem cu mai multe componente de a forma un cristal, spre deosebire de un pahar, poate fi întreruptă prin ușoare modificări compoziționale”, spune primul autor Yuan-Chao Hu.

Pur și simplu, formarea sticlei este o consecință a unui material care evită cristalizarea atunci când este răcit. Aceasta blochează atomii într-o stare „înghețată” înainte ca aceștia să fie organizați în modelul lor de minimizare a energiei. Simulările au arătat că un factor critic care determină gradul de cristalizare a fost energia interfeței cu cristale lichide.

Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că schimbările în compoziția elementară ar putea duce la secvențe atomice locale care perturbă procesul de cristalizare cu ajustări incompatibile cu forma obișnuită a cristalului. În special, aceste structuri pot împiedica cristalele fine să acționeze ca „semințe” care nuclează creșterea regiunilor enumerate în eșantion. Spre deosebire de explicațiile anterioare, oamenii de știință au stabilit că diferența de potențial chimic dintre fazele lichide și cele cristaline are doar un efect mic asupra formării sticlei.

„Această lucrare reprezintă o descoperire semnificativă în înțelegerea noastră a mecanismului fizic de bază al vitrificării”, spune autorul principal Hajime Tanaka. “Rezultatele acestui proiect pot ajuta, de asemenea, producătorii de sticlă să proiecteze noi sisteme multi-componente care au anumite proprietăți dorite, cum ar fi durabilitatea, durabilitatea și conductivitatea electrică.”

Referință: „Originea fizică a formării sticlei din sistemele cu mai multe componente” 11 decembrie 2020, Progrese în știință.
(Sci. Adv. 2020; 6: eabd2928)

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ingineria interfeței limită între materialele 2D și 3D

din David L. Chandler, Institutul de Tehnologie din Massachusetts 2 martie 2021 Aceste imagini ale „insulelor” atomilor de aur depuse într-un strat bidimensional de sulfură de...

Cipul microfluidic simplifică testarea COVID-19, oferă rezultate pe un telefon în 55 de minute sau mai puțin

Nanobeads programate sunt asociate cu un telefon mobil exterior și instrumentul de diagnosticare plug-in poate diagnostica COVID-19 în 55 de minute sau mai puțin,...

O mușcătură puternică, mortală, foarte rapidă a unei furnici Trap-maxilar

Micile schimbări de formă pot duce la inovații în funcție, arată un nou studiu. Cercetătorii au dezvăluit modul în care o capcană de furnici -...

Recenziile școlare parentale sunt legate de indicatorii demografici și rezultatele testelor, nu de performanța școlară

Comentariile părinților au reflectat diferențele dintre rasă și venituri în școlile publice de K-12. Prima analiză a comentariilor părinților despre școlile publice din K-12 din...

Un aisberg masiv – de 10 ori mai mare decât San Francisco – rupe raftul principal de gheață din Antarctica

Noile imagini radar captate de misiunea Copernicus Sentinel-1 arată o aisberg de 1.270 km² care se relaxează și se îndepărtează rapid de raftul de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.