Upphovsman:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
Ett internationellt forskningssamarbete som leds av forskare vid City University of Hong Kong (CityU) har förklarat en långvarig termodynamisk inkonsekvens i bildandet av en klass av metalliskt glas som kan leda till utveckling av nya, bättre metalllegeringar.
Metallglas anses vara ett avancerat material på grund av dess exceptionella fysiska egenskaper, såsom överlägsen styrka, hårdhet, ha på sig, motståndskraft mot korrosion och formbarhet. Den används i en rad applikationer, såsom medicinsk utrustning, transformatorer och sportutrustning.
Professor Xun-Li Wang, Ordförande professor i fysik och chef för institutionen för fysik och materialvetenskap i CityU, som ledde projektet, sade upptäckten av en dold amorf fas i metallglas av palladium-nickel-fosfor är en viktig observation inom glasfysiken.
Forskningen har just publicerats i den prestigefyllda tidskriften Naturkommunikation .
"Vi kan nu utforska hur vi kan producera eller framkalla denna amorfa fas i metalliskt glas, så att vi kan justera materialets egenskaper i större storlekar för bättre applikationer, "sade professor Wang.
En långvarig fråga inom metallglasforskning hade varit att lösa förpackningen av atomer i materialet eftersom strukturen bestämmer egenskaper.
Till skillnad från de flesta metaller, där atomerna packas in i vanliga matriser, metalliska glasögon är sammansatta av atomer i ett ordnat arrangemang; det är denna så kallade amorfa struktur som ger värdefulla egenskaper till dessa material.
Resultaten av samtidiga DSC-SANS-mätningar för legeringen Pd41.25Ni41.25P17.5. (a) Den integrerade detektorn räknar hastigheter som en funktion av temperaturen. Den samtidiga DSC -skanningen överlagras, som visar en TC ~ 594 K vid en uppvärmningshastighet av 2,5 K/min. Co-existensen av två faser kan tydligt ses i närheten av Tc. (b) SANS-data för fullständigt Q-område för tre prover:tillstånd som gjutet (C), släckt från 623 K efter att transformationen var slut (S1), och släcktes efter kristallisation vid 673 K (X). Den nästan fullständiga överlappningen av SANS-profilerna mellan de gjutna och S1-proverna visar återinförandebeteendet. Upphovsman:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
I ett världs första experiment, uppträdde på Australian Center for Neutron Scattering, en avgörande dold amorf fas avslöjades.
"Vi mätte småvinkelneutronspridningen (SANS) medan vi värmde glaset för att bedöma förändringar i dess struktur medan, samtidigt, mäta förändringar i värmemängden materialet absorberade med en metod som kallas differentialskanningskalorimetri, "sa QUOKKA instrumentforskare, Dr Elliot Gilbert, en medförfattare på tidningen.
"Du kan helt enkelt inte utföra den här mätningen någon annanstans i världen. Den speciella enhet som användes i experimenten utvecklades här på ANSTO. Vi är den enda anläggningen i världen där SANS och differentialskanningskalorimetri kan mätas samtidigt tid.
Vanligtvis är sättet att göra dessa experiment att ta materialet och studera det med en rad olika tekniker, men tyvärr, inte samtidigt. När man försöker relatera de strukturella förändringar som uppstår under uppvärmning, du kan helt enkelt inte vara säker på att data du samlar in från en mätning kan relateras till en annan om de samlas in med olika temperatursonder eller vid olika tidpunkter, kanske månaders mellanrum.
Vi kunde direkt korrelera förändringar i materialets struktur med den energi som krävs för att strukturen ska förändras, sa Gilbert.
Synkrotronröntgenmätningar vid Argonne National Laboratory gav information om atomlängdskalan som visade en omarrangemang av atomkluster med temperatur. Detta kompletterades med studier vid Hokkaido University i Japan där högupplösta mikroskopibilder och elektrondiffraktionsmönster förvärvades.
"Genom att sammanföra forskare från hela världen, denna upptäckt öppnar ett sätt att manipulera bearbetningsförhållandena för dessa material, såsom värmebehandling, att skapa fördelaktigt beteende, sa Gilbert.
