Onderzoekers hebben ontdekt dat vloeistof onder bepaalde omstandigheden structuur heeft, en dat deze structuur de mysterieuze en complexe vorming van metalen glazen aanzienlijk beïnvloedt.

Vormbaar als plastic maar sterk als metaal, metalen glazen zijn een relatief nieuwe klasse van materialen gemaakt van complexe, legeringen met meerdere componenten. Hun unieke eigenschappen komen van hoe hun atomen zich in een willekeurige rangschikking nestelen wanneer ze afkoelen van een vloeistof naar een vaste stof. Maar het beheersen van dit proces - en het volledig benutten van deze materialen - is lastig gebleken, omdat er nog zoveel onbekend is over wat er gebeurt in het koelproces.

Een nieuwe studie, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , geeft enkele antwoorden.

De onderzoekers, geleid door Judy Cha, de Carol en Douglas Melamed universitair docent werktuigbouwkunde en materiaalkunde, ontdekte dat metalen glazen in vloeibare toestand periodiek kristallijne structuren zullen vormen - hun vrij bewegende atomen rangschikken zichzelf in bepaalde patronen. Dit gebeurt op het grensvlak van de vloeistof en de vaste stof - dat wil zeggen, wanneer het gesmolten materiaal gedeeltelijk is gestold, de aangrenzende vloeistof vormt een structuur die ervoor zorgt dat het vaste deel tot 20 keer sneller groeit dan anders het geval zou zijn.

"We benadrukken dat hiaat in onze kennis, " zei Cha, die ook lid is van Yale's Energy Sciences Institute op de West Campus. "Het veld van kristallisatie is erg volwassen, maar de fundamentele vragen blijven open."

Voor de studie, de onderzoekers gebruikten transmissie-elektronenmicroscopie om in realtime het kristallisatieproces te observeren in staafjes van metaalglas op nanoschaal. Het materiaal op atomaire schaal kunnen observeren, ze ontdekten dat het metallische glas zou kristalliseren met een snelheid van 15 tot 20 atomen per seconde als de vloeistof een structuur zou vormen. Toen het geen structuur had, de snelheid was ongeveer drie tot vijf atomen per seconde.

Yujun Xie, een doctoraat kandidaat in Cha's lab en hoofdauteur van het artikel, zei dat de volgende stap is om de toepassingen van wat ze hebben geleerd te verbreden.

"Hoe geeft onze studie enig inzicht in de vorming van andere materialen, en hoe kunnen we de vorming en structuur van andere materialen ontwikkelen?", zei hij.

De andere auteurs van de studie zijn Sungwoo Sohn, Minglei Wang, Huolin Xin, Mark D. Shattuck, Corey S. O'Hern, en Jan Schroers.