Alapvető fontosságú megfigyelést tettek az anyagtudományban

A Saar-vidéki Egyetem laboratóriumában készített fémes üvegek.

Sok embernek az üvegről valószínűleg a pohár, vagy a szemüveg jut az eszébe és nem a fém. De a fémüvegek, vagy amorf fémek egyre fontosabb szerepet játszanak a tudományos kutatásban és a technológiában. Sok területen számára, mint például a félvezető ipar, vagy a kompozit anyag szektor alapvető jelentőségű felfedezést tett egy nemzetközi kutatócsapat az üvegesedés folyamatában, melyet a Nature Communication magazinban publikálták. - írja a Saar-vidéki Egyetem a phys.org-on.

Amikor a fém ömledék olyan gyorsan hűl le, hogy egy másodperc törtrésze alatt megszilárdul, atomi szinten kaotikus és rendezetlen marad. Ha lassan hűlnek le, az atomoknak van idejük visszarendeződni és rendezett kristályrács struktúát alakítani, de gyors hűlésnél az atomok a rendezetlen folyékony ömledékben nem tudnak elég gyorsan átrendeződni és lényegében fagyott helyzetben vannak.
Ez az atomi rendezetlenség ezeknek a nem-egyensúlyi fémes üvegeknek olyan tulajdonságokat ad, amik meglehetősen eltérnek a rendezett kristály ötvöztekétől. A fémes üvegek erősebbek lehetnek, mint az acél, miközben egy polimer rugalmasságával bírnak.

Isabella Gallino a Saar-vidéki Egyetem anyagtudósa évek óta tanulmányozza, hogy mi történik az üveg átalakulás - a hirtelen átalakulás a folyékonyból a szilárd üveg állapotba - alatt atomi szinten. Néhány évvel ezelőtt sikerült eloszlatnia egy széleskörben elfogadott paradigmát tevékenységi területén.
Hagyományosan úgy tartják, hogy amikor egy fémes ömledék üveg átalakuláson megy át, az anyag elveszti folyékony állapot tulajdonságait egyidejűleg azzal, amikor szilárd állapot tulajdonságait megszerzi. Gallino megmutatta, hogy ez nem így van és a viselkedést a közreműködő atomok különböző méretével magyarázza.

Amikor a nagy atomok már megfagytak és lényegében mozdulatlanok, a kisebb atomok még mozognak és ezért még képesek átadni folyékony tulajdonságokat az ötvözetnek. A folyadék csak akkor üvegesedik meg teljesen, amikor a kisebb atomok végül megfagynak.

Minél kisebb a fémcseppecke a kísérletben, annál hosszabb ideig áll ellen annak hogy üveg állapotba fagyjon. Gallino és csapata csapat megmutatta, hogy ez különösen 10 mikrométer alatti méretű mintáknál jellegzetes.

Egy kisebb ötvözet mintához alacsonyabb hőmérséklet kell, hogy megszilárduljon és fémes üveget képezzen. Egy 10.8 mikrométeres cseppecske esetén ez körülbelül 40 Kelvin-fokkal magasabb, mint 1.3 mikrométer cseppecske esetén. Ha az anyagot egy alacsony hőmérsékletről kezdik felmelegíteni, az amorf ötvözetek kisebb darabjai hamarabb megolvadnak, mint nagyobbak. Az anyag újra folyékonnyá válik és elveszti szilárd fémes üveg tulajdonságait. A megfigyelt hatás azonban élesen csökken a körülbelül 10 mikrométer feletti mintáknál. E határérték felett nincs méretfüggő eltérés az üvegképző anyagok viselkedésében. A fagyási és olvadási folyamatokat az üveg átmeneti zónában Flash DSC csip kaloriméterrel mérték, ami lehetővé teszi, hogy kis kvantitású minták tanulmányozását nagyon gyors hűtés és melegítés körülményei alatt.

A Saar-vidéki Egyetem laboratóriumában készített fémes üvegek. Forrás: https://phys.org/news/2020-05-experimental-metallic-glass-paradigm.html

A megfigyelt hatás univerzális. Ez a jelenség nem csak a fémes ötvözetekre vonatkozik, hanem minden más anyagra, ami egy üvegben megszilárdul és nem megy át kristályosodáson.

Sok anyag van, amiről ismert, hogy kondenzált állapotukban amorfak és nem rendezett kristály szerkezetűek. Még a víz is, aminek fagyott állapotában rendezett kristályszerkezete van itt a Földön üveges, vagy amorf a szélesebb univerzumban, mint például az üstökösökben - 150 Celsius-fok alatt található víz. Tudományos szempontból az üvegesedés folyamata - az üveg átmenet a folyékony állapotból az amorf szilárd állapotba - alapvető jelentőségű. Sok területen alapvető jelentőségű, mint például a félvezető ipar, vagy a kompozit anyag szektor. Ezekben az iparokban sok anyag szorosan összefüggő mikrométer szinten. Gallino és kollégái felfedezésével az anyagtudósok képesek lesznek a jövőben specifikusan hatással lenni az anyagok tartósságára.

(Forrás: https://phys.org/)