Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van wetenschappers van het Institute of Physics (IOP) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een zeer geavanceerde beeldvormingstechniek gebruikt om de atomaire rangschikkingen in amorfe materialen te onderzoeken. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials, kunnen verstrekkende gevolgen hebben voor ons begrip van een grote verscheidenheid aan materialen, van glas tot metaallegeringen.

Amorfe materialen, ook wel niet-kristallijne materialen genoemd, worden gekenmerkt door het ontbreken van een regelmatige, zich herhalende atomaire structuur. Dit maakt ze heel anders dan kristallijne materialen, zoals metalen en zouten, die zeer geordende atomaire arrangementen hebben. Hoewel amorfe materialen overal om ons heen voorkomen, van het glas in onze ramen tot de polymeren in onze kunststoffen, begrijpen we nog steeds niet volledig hoe hun atomen in elkaar zitten.

De onderzoekers gebruikten een nieuw ontwikkelde 3D-beeldvormingstechniek genaamd scanning transmissie-elektronenmicroscopie (STEM)-tomografie om foto's te maken van individuele atomen in een amorf materiaal. Bij deze techniek wordt een bundel hoogenergetische elektronen gefocusseerd op een dunne film van het materiaal, en de resulterende verstrooide elektronen worden gebruikt om een ​​3D-beeld van de atomaire arrangementen te reconstrueren.

"De uitdaging met dit soort materialen is dat we hun kristalstructuur vaak niet kennen, dus hebben we een methode nodig waarmee we de 3D-verdeling van atomen in het materiaal kunnen bepalen", legt professor Hanbin Zhang, hoofdauteur van het onderzoek uit. . "STEM-tomografie stelt ons in staat precies dat te doen."

Met behulp van deze techniek konden de onderzoekers twee verschillende soorten atomaire rangschikkingen identificeren in het amorfe materiaal dat ze bestudeerden. Het ene type arrangement werd gekenmerkt door dichte clusters van atomen, terwijl het andere meer open en diffuus was. De onderzoekers zijn van mening dat deze twee soorten arrangementen verantwoordelijk kunnen zijn voor de unieke eigenschappen van het materiaal, zoals de hoge sterkte en flexibiliteit.

De onderzoekers zeggen dat hun werk verstrekkende gevolgen zou kunnen hebben voor ons begrip van de structuur van een grote verscheidenheid aan amorfe materialen. Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen met verbeterde eigenschappen voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals glas, metaallegeringen en polymeren.