Pd_42.5 Ni_7,5 Cu₃₀ P₂₀ (PNCP) wordt beschouwd als de kampioen van metalen bulkglazen vanwege het glasvormende vermogen (GFA), maar de atomaire configuraties die tot deze eigenschap leiden, blijven onbekend. Onlangs analyseerde een internationaal team van onderzoekers onder leiding van prof. Shinya Hosokawa van de Kumamoto University, Japan, de atomaire configuraties van PNCP, vergeleek het met eerdere legeringen en vond de karakteristieke configuraties en de oorsprong van zijn GFA. Dit kan ingenieurs helpen om betere metalen glazen te maken.

Metaalglas is een revolutionair materiaal dat de flexibiliteit van glas combineert met de sterkte van metalen. Deze worden gemaakt door een vloeibaar metaal of legering snel af te koelen, zodat de atomen bevriezen in een willekeurig patroon, net als vloeistoffen, in plaats van het normale patroon van normale metalen. Dit willekeurige vloeistofachtige patroon is ook te zien in glas, wat het materiaal zijn naam geeft. Pd_42.5 Ni_7,5 Cu₃₀ P₂₀ (PNCP) wordt als veel beter beschouwd dan een van zijn moederlegeringen, Pd₄₀ Ni₄₀ P₂₀ (PNP), die een iets slechtere GFA en Pd₄₀ . laat zien Cu₄₀ P₂₀ (PCP), die een veel slechtere GFA laat zien dan PNCP. Maar de atomaire configuraties die kenmerkend zijn voor PNCP, waardoor het een uitstekend metaalglas is, bleven een mysterie.

In een recent artikel dat op 25 augustus 2022 online beschikbaar werd gesteld en gepubliceerd in het Journal of Non-Crystalline Solids , bracht een team van onderzoekers uit Japan, Duitsland, Frankrijk, Hongarije en het VK ons een stap dichter bij het oplossen van dit mysterie. Onder leiding van professor Shinya Hosokawa van de Kumamoto University, Japan, analyseerden ze met succes de atomaire structuur van PNCP en vergeleken deze met de atomaire structuur van PNP en PCP om de karakteristieke configuraties te vinden die kunnen leiden tot de uitstekende GFA van PNCP.

"Hoewel eerdere studies hebben geprobeerd regels te formuleren die de GFA van metalen glazen kunnen voorspellen, zijn deze niet experimenteel geverifieerd. Onze bevindingen tonen aan dat deze regels misschien niet waar zijn. Bovendien werpt ons onderzoek een licht op de volgende stappen die moeten worden genomen om te begrijpen hoe de atomaire configuraties van andere metalen glazen hun GFA beïnvloeden," zei Prof. Hosokawa.

Door meerdere observatietechnieken zoals afwijkende röntgenverstrooiing, röntgendiffractie en neutronendiffractie werden de atomaire configuraties van een PNCP-monster met een diameter van 3 mm opgehelderd. Deze werden geanalyseerd met behulp van technieken zoals omgekeerde Monte Carlo-modellering. De waarnemingen werden vervolgens vergeleken met vergelijkbare van PNP en PCP.

Het team vond duidelijke verschillen in de atomaire configuraties van PNCP in vergelijking met de moederlegeringen. Om te beginnen vertoonde PNCP meer heterogeniteit in zijn secundaire metalen, nikkel en koper, in vergelijking met de secundaire metalen in PNP (d.w.z. nikkel) en PCP (d.w.z. koper). Nikkel en koper waren niet uniform verdeeld in PNCP. Bovendien observeerde het team verhoogde icosaëdrische arrangementen rond nikkel en koper in PNCP. Ten slotte toonden bevindingen van persistente homologie (PH), een methode voor het berekenen van de topologie van verbindingen, aan dat PNCP de grootste koperen PH-ringen bevatte van alle op palladium gebaseerde bulkmetalen glazen.

Op basis van deze bevindingen concludeerden de onderzoekers dat in PNCP het licht covalente deel (gemaakt door palladium en fosfor, of Pd-P) en het metalen deel (gemaakt door nikkel en koper) met elkaar in wisselwerking staan, en dit leidt tot PNCP's uitstekende GFA. Prof. Hosokawa legt uit waarom deze bevindingen nuttig zijn:"Onze resultaten kunnen anderen helpen de oorsprong van het uitstekende glasvormende vermogen in veel metalen glazen te begrijpen, niet alleen PNCP. Verder onderzoek kan voortbouwen op het onze en helpen bij het ontwikkelen van betere metalen glazen in de toekomst. "

Metalen glazen hebben een goede flexibiliteit, sterkte en weerstand tegen corrosie. Er is dus een enorm potentieel in het gebruik van deze materialen. Door dergelijke ontwikkelingen kan het gebruik van metalen glazen in onze wereld gebruikelijker worden en kunnen we een stap dichter bij het realiseren van het potentieel van deze unieke materialen komen. + Verder verkennen

Onderzoek maakt fysica van glasvorming duidelijker