Onderzoekers van het Instituut voor Industriële Wetenschappen van de Universiteit van Tokio gebruikten moleculaire dynamische berekeningen om het glasvormende vermogen van metallische mengsels te simuleren. Ze laten zien dat zelfs kleine veranderingen in samenstelling de kans sterk kunnen beïnvloeden dat een materiaal bij afkoeling een kristallijne versus een glasachtige toestand aanneemt. Dit werk kan leiden tot een universele theorie van glasvorming en goedkoper, veerkrachtiger, elektrisch geleidend glas.

Als er belangrijke gasten komen eten, je zou je tafel kunnen dekken met dure kristallen glazen. Aan wetenschappers, echter, kristal en glas zijn eigenlijk twee heel verschillende toestanden die een vloeistof kan aannemen wanneer deze wordt afgekoeld. Een kristal heeft een gedefinieerde driedimensionale roosterstructuur die zich oneindig herhaalt, terwijl glas een amorfe vaste stof is die geen ordening op lange termijn heeft. De huidige theorieën over glasvorming kunnen niet nauwkeurig voorspellen welke metallische mengsels zullen "verglazen" om een ​​glas te vormen en welke zullen kristalliseren. Een betere, een beter begrip van glasvorming zou een grote hulp zijn bij het ontwerpen van nieuwe recepten voor mechanisch taaie, elektrisch geleidende materialen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Tokio hebben computersimulaties van drie prototypische metalen systemen gebruikt om het proces van glasvorming te bestuderen. "We ontdekten dat het vermogen van een systeem met meerdere componenten om een ​​kristal te vormen, in tegenstelling tot een glas, kan worden verstoord door kleine wijzigingen in de samenstelling, " zegt eerste auteur Yuan-Chao Hu.

Simpel gezegd, glasvorming is het gevolg van een materiaal dat kristallisatie vermijdt wanneer het wordt afgekoeld. Dit vergrendelt de atomen in een "bevroren" toestand voordat ze zichzelf kunnen organiseren in hun energieminimaliserende patroon. De simulaties toonden aan dat een kritische factor die de snelheid van kristallisatie bepaalt, de vloeibaar-kristalinterface-energie was.

De onderzoekers ontdekten ook dat veranderingen in elementaire samenstelling kunnen leiden tot lokale atomaire ordeningen die het proces van kristallisatie frustreren met arrangementen die onverenigbaar zijn met de gebruikelijke vorm van het kristal. specifiek, deze structuren kunnen voorkomen dat kleine kristallen fungeren als "zaden" die de groei van geordende gebieden in het monster stimuleren. In tegenstelling tot eerdere verklaringen, de wetenschappers stelden vast dat het chemische potentiaalverschil tussen de vloeibare en kristalfase slechts een klein effect heeft op de glasvorming.

"Dit werk vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in ons begrip van het fundamentele fysieke mechanisme van verglazing, senior auteur Hajime Tanaka zegt. "De resultaten van dit project kunnen glasfabrikanten ook helpen bij het ontwerpen van nieuwe meercomponentensystemen die bepaalde gewenste eigenschappen hebben. zoals veerkracht, taaiheid en elektrische geleidbaarheid."

Het werk is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang als "Fysieke oorsprong van glasvorming uit meercomponentensystemen."