Een internationale onderzoekssamenwerking onder leiding van wetenschappers van de City University of Hong Kong (CityU) heeft een langdurige thermodynamische inconsistentie verklaard in de vorming van een klasse van metallisch glas die kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe, betere metaallegeringen.

Metaalglas wordt beschouwd als een geavanceerd materiaal vanwege zijn uitzonderlijke fysieke eigenschappen, zoals superieure kracht, hardheid, dragen, weerstand tegen corrosie en vervormbaarheid. Het wordt gebruikt in een reeks van toepassingen, zoals medische apparaten, transformatoren en sportuitrusting.

Professor Xun-Li Wang, Voorzitter hoogleraar Natuurkunde en hoofd van de afdeling Natuur- en Materiaalkunde van CityU, die het project leidde, zei dat de ontdekking van een verborgen amorfe fase in palladium-nikkel-fosfor metallisch glas een belangrijke observatie is in de glasfysica.

Het onderzoek is zojuist gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Natuurcommunicatie .

"We kunnen nu onderzoeken hoe we deze amorfe fase in metallisch glas kunnen produceren of induceren, zodat we de eigenschappen van het materiaal in grotere maten kunnen afstemmen voor betere toepassingen, zei professor Wang.

Een al lang bestaand probleem in het onderzoek naar metallisch glas was het oplossen van de pakking van atomen in het materiaal, omdat de structuur eigenschappen bepaalt.

In tegenstelling tot de meeste metalen, waar de atomen zijn verpakt in regelmatige arrays, metalen glazen zijn samengesteld uit atomen in een ongeordende opstelling; het is deze zogenaamde amorfe structuur die waardevolle eigenschappen aan deze materialen verleent.

In een eerste experiment ter wereld, uitgevoerd in het Australian Centre for Neutron Scattering, een cruciale verborgen amorfe fase werd onthuld.

"We waren de kleine-hoek neutronenverstrooiing (SANS) aan het meten terwijl we het glas verwarmden om veranderingen in de structuur te beoordelen, terwijl, tegelijkertijd, het meten van veranderingen in de hoeveelheid warmte die het materiaal absorbeerde met behulp van een methode die differentiële scanningcalorimetrie wordt genoemd, " zei QUOKKA instrumentwetenschapper, Dr Elliot Gilbert, een co-auteur op het papier.

"Je kunt deze meting gewoon nergens anders ter wereld uitvoeren. Het speciale apparaat dat in de experimenten is gebruikt, is hier bij ANSTO ontwikkeld. We zijn de enige faciliteit ter wereld waar SANS en differentiële scanningcalorimetrie tegelijkertijd kunnen worden gemeten tijd.

Typisch de manier waarop men deze experimenten zou kunnen doen, is door het materiaal te nemen en het te bestuderen met een reeks verschillende technieken, maar helaas, niet tegelijkertijd. Wanneer u probeert de structurele veranderingen die optreden tijdens verwarming te relateren, u kunt er gewoon niet zeker van zijn dat de gegevens die u van de ene meting verzamelt, aan een andere kunnen worden gerelateerd als ze worden verzameld met verschillende temperatuursondes of op verschillende tijdstippen, misschien maanden uit elkaar.

We waren in staat om veranderingen in de structuur van het materiaal direct te correleren met de energie die nodig is om die structuur te veranderen, ' zei Gilberte.

Synchrotron-röntgenmetingen in het Argonne National Laboratory leverden informatie op over de atomaire lengteschaal die een herschikking van atomaire clusters met temperatuur liet zien. Dit werd aangevuld met studies aan de Hokkaido University in Japan, waar microscopiebeelden met hoge resolutie en elektronendiffractiepatronen werden verkregen.

"Door onderzoekers van over de hele wereld samen te brengen, deze ontdekking opent een manier om de verwerkingsomstandigheden van deze materialen te manipuleren, zoals warmtebehandeling, om voordelig gedrag te genereren, ' zei Gilberte.