Виявлені нові нанометрові атомні структури в твердих металевих матеріалах, відомих як металеві скла

Спираючись на потужні обчислювальні засоби і сучасне сканування за допомогою просвічуючого електронного мікроскопа, команда з Університету Вісконсін-Медісона (University of Wisconsin-Madison), Університету штату Айова (Iowa State University) і технічних дослідників виявила нові нанометрові атомні структури в твердих металевих матеріалах, відомих як металеві скла, повідомляє «WordScience.org».

Результати, опубліковані 11-го травня 2012-го року в журналі «Physical Review Letters» заповнили прогалину в розумінні дослідників цієї атомної структури. Цей результати в кінцевому рахунку можуть допомогти виробникам надати нові властивості металевих стекол, такі як пластичність, здатність змінювати форму під впливом сили (не порушуючи при цьому пластичність) і виробництво скла без кристалізації.

Скла включають в себе всі тверді матеріали, які мають некристалічні атомні структури, що мають неправильне геометричне розташування атомів.

«Основний характер структури скла — це безладне і змішана організація атомів, яку можна порівняти з кульками різного розміру, що знаходяться в одній банці», — говорить Пол Уолес, професор матеріалознавства в «UW-Madison» і головний керівник дослідження.

Дослідники вважають, що атоми в металевих стеклах розташовуються в п’ятикутний порядку, відомим як п’ятиразова обертальна симетрія. Тим не менш, на додаток до груп з п’ятикутників в дослідженнях цирконію-міді-алюмінію металевого скла, команда Уолеса знайшла групи атомів, що розташувалися у формі квадратів і шестикутників, деякі з яких утворюють ланцюжки, що мають розмір у кілька нанометрів.

Ю «Один або два нанометри являє собою групу з 50-ти атомів — це щось нове і неймовірно цікаве», — говорить він.

Виміряти атомну структуру скла в такому масштабі надзвичайно важко. Дослідники знають, що в декількох десятих нанометра, атоми в металевих стеклах між собою мають однакові відстані. Вони також знають, що на великих відстанях (сотні нанометрів) — повний безлад.

«Але те, що відбувається між ними відрізку довжиною від 1-го до 3-ох нанометрів, дуже важко виміряти і по суті поки мало вивчена», — говорить Уолес.

Експерт в електронній мікроскопії Уолес використовував потужний, просвічуючий електронний мікроскоп, щоб поглянути в нанометрову атомну структуру. Мікроскоп може генерувати електронний промінь радіусом 2 нанометри в діаметрі — ідеальний розмір для вивчення атомів на відрізку від 1-го до 3-ох нанометрів.

«Цей метод змусив працювати експеримент і надав нам доступ до інформації, яку в іншому випадку неймовірно важко отримати», — говорить він.

Для проведення моделювання Уолес і його команда з’єднали експериментальні дані отримані з допомогою мікроскопа з сучасними обчислювальними методами, які точно відображають експерименти. «Комбінація з цих двох речей надає нам новий погляд», — говорить він. «Ми можемо подивитися на результати, абстрактні загальні принципи обертальної симетрії і нанорозмірні кластери».

«У властивостях металевих стекол існувало кілька підказок, які наводять на думку про існування інших геометричних структур. Вони є результатом взаємозв’язків структури, обробки і властивостей», — говорить Уолес. «Якщо ми розуміємо структуру управління, наприклад, стеклообразующую здатність або можливість змінювати форму при вигині і розуміємо, яким чином різні елементи беруть участь у цих структурах — ми можемо контролювати властивості, регулюючи склад і рівень, при яких охолоджувався або нагрівався матеріал до зміни структури», — говорить він.

Однією з унікальних характеристик скла є їх здатність переходити безперервно з твердого в рідкий стан. В той час, як інші матеріали при нагріванні частково розплавляються, або частково твердіють, скла в цілому стають все більш гнучкими.

В даний час в осердях електричних трансформаторів виробники в основному застосовують металеві скла. Їх особливі можливості формування можуть дозволити виробникам виготовляти дуже маленькі, складні частини.

«На відміну від звичайних металевих сплавів, металеві скла можуть бути сформовані, як пластик, таким чином вони можуть бути перетворені в дуже складну форму без якої-небудь втрати самого матеріалу», — говорить Уолес.

Приміром, завдяки наномасштабным методів виробництва можна створити «лісу» нанопроводів або найменший двигун в світі.

«У наступні 5 або 10 років, спираючись на цей метод, з’явиться ще більше комерційних додатків», — додав він.

На наступному етапі Уолес і його команда розрахують властивості самих реалістичних структурних моделей металевого скла, які вони розробили, щоб дізнатися, як властивості пов’язані з самою структурою.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *