В металлических стёклах найдены новые атомные структуры

В металлических стёклах найдены новые атомные структуры

Опираясь на мощные вычислительные средства и современное сканирование с помощью просвечивающего электронного микроскопа, команда из Университета Висконсин-Мэдисона (University of Wisconsin-Madison), Университета штата Айова (Iowa State University) и технических исследователей обнаружила новые нанометровые атомные структуры в твёрдых металлических материалах, известных как металлические стёкла, сообщает «WordScience.org».

Результаты, опубликованные 11-го мая 2012-го года в журнале «Physical Review Letters» заполнили пробел в понимании исследователей этой атомной структуры. Этот результаты в конечном счёте могут помочь производителям придать новые свойства металлическим стёклам, такие как пластичность, способность изменять форму под воздействием силы (при этом не нарушая пластичность) и производство стекла без кристаллизации.

Стёкла включают в себя все твёрдые материалы, которые имеют некристаллические атомные структуры, имеющие неправильное геометрическое расположение атомов. «Основной характер структуры стекла — это беспорядочна и смешанная организация атомов, которую можно сравнить с шариками разного размера, находящимися в одной банке», — говорит Пол Уолес, профессор материаловедения в «UW-Madison» и главный руководитель исследования.

Исследователи считают, что атомы в металлических стёклах располагаются в пятиугольном порядке, известным как пятикратная вращательная симметрия. Тем не менее, в дополнение к группам из пятиугольников в исследованиях циркония-меди-алюминия металлического стекла, команда Уолеса нашла группы атомов, расположившиеся в форме квадратов и шестиугольников, некоторые из которых образуют цепочки, имеющие размер всего в несколько нанометров. «Один или два нанометра представляет собой группу из 50-ти атомов — это что-то новое и невероятно интересное», — говорит он.

Измерить атомную структуру стекла в таком масштабе чрезвычайно трудно. Исследователи знают, что в нескольких десятых нанометра, атомы в металлических стёклах между собой имеют одинаковые расстояния. Они также знают, что на больших расстояниях (сотни нанометров) — имеется полный беспорядок. «Но то, что происходит между ними в отрезке длиной от 1-го до 3-ех нанометров, очень трудно измерить и по существу пока мало изучено», — говорит Уолес.

Эксперт в электронной микроскопии Уолес использовал мощный, просвечивающий электронный микроскоп, чтобы взглянуть в нанометровую атомную структуру. Микроскоп может генерировать электронный луч радиусом 2 нанометра в диаметре — идеальный размер для изучения атомов на отрезке от 1-го до 3-ех нанометров. «Этот метод заставил работать эксперимент и предоставил нам доступ к информации, которую в противном случае невероятно трудно получить», — говорит он.

Для проведения моделирования Уолес и его команда соединили экспериментальные данные полученные с помощью микроскопа с современными вычислительными методами, которые точно отражают эксперименты. «Комбинация из этих двух вещей предоставляет нам новый взгляд», — говорит он. «Мы можем посмотреть на результаты, абстрактные общие принципы вращательной симметрии и наноразмерные кластеры».

«В свойствах металлических стекол существовало несколько подсказок, которые наталкивали на мысль о существовании других геометрических структур. Они являются результатом взаимосвязей структуры, обработки и свойств», — говорит Уолес. «Если мы понимаем структуру управления, например, стеклообразующую способность или возможность изменять форму при изгибе и понимаем, каким образом различные элементы участвуют в этих структурах — мы можем контролировать свойства, регулируя состав и уровень, при которых охлаждался или нагревался материал до изменения структуры», — говорит он.

Одной из уникальных характеристик стекол является их способность переходить непрерывно из твёрдого в жидкое состояние. В то время, как другие материалы при нагревании частично расплавляются, или частично твердеют, стёкла в целом становятся всё более гибкими.

В настоящее время в сердечниках электрических трансформаторов производители в основном применяют металлические стёкла. Их особенные возможности формирования могут позволить производителям изготовлять очень маленькие, сложные части. «В отличие от обычных металлических сплавов, металлические стёкла могут быть сформированы, как пластик, таким образом они могут быть преобразованы в очень сложную форму без какой-либо потери самого материала», — говорит Уолес.

К примеру, благодаря наномасштабным методам производства можно создать «леса» нанопроводов или самый маленький двигатель в мире. «В следующие 5 или 10 лет, опираясь на этот метод, появится ещё больше коммерческих приложений», — добавил он.

На следующем этапе Уолес и его команда рассчитают свойства самых реалистичных структурных моделей металлического стекла, которые они разработали, чтобы узнать, как свойства связаны с самой структурой.

Источник: wordscience.org

Похожие новости:
Физики придумали самые точные атомные часы
Ученые из Университета Нового Южного Уэльса предложили схему атомных часов, которые превосходят по точности современные аналоги на несколько порядков. Подобная схема в теории дает погрешность порядка одной десятой секунды за 14 миллиардов лет. Для сравнения, время существования ..
2012-03-11 2558 0 Научные открытия
0
Атомные массы некоторых элементов будут переписаны
...Причём случится это, судя по всему, уже в августе 2013-го. Наследие русской химической науки XIX века только что получило небольшой апдейт: пять элементов в сердце периодической таблицы Менделеева оказались не совсем такими, какими мы их представляли. «Ваш учитель химии, возможно, ..
2013-05-25 2417 0 Научные открытия
0
Первые свидетельства охоты на доисторических животных
Археологами в штате Огайо были найдены кости сохранившиеся со времён Ледникового периода, сообщает «WordScience». Проанализировав их учёные пришли к выводу, что люди охотились и разделывали животных намного раньше, чем считалось до недавнего времени. Доктор Брайан Редмонд, куратор археологии в Кливлендском ..
2012-03-4 1861 1 Научные открытия
0
Найдены новые доказательства теории Большого взрыва
Международная команда ученых, используя самый мощный телескоп на Земле, открыла, что в моменты времени сразу после Большого взрыва Вселенная вела себя так, как предсказывается теорией, устранив таким образом значительное несоответствие между теорией и наблюдениями, беспокоившее ..
2013-06-10 3800 0 Научные открытия
1
Немцы разработали сверхпроводник, работающий при –70°С
Сверхпроводимость впервые была замечена в металлах, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. Далее стараниями учёных, перебиравших почти все подряд элементы таблицы Менделеева, были найдены такие сверхпроводники, которые работали в жидком азоте (это всё ещё слишком низкая ..
2015-08-24 6139 0 Научные открытия
3
Физики нашли четыре «одинаковых с лица» экзотических тетракварка
Физики из коллаборации LHCb Большого адронного коллайдера открыли семейство из четырех элементарных частиц — тетракварков X(4140), X(4274), X(4500) и X(4700). Каждая из них состоит из двух кварк-антикварковых пар: очарованной и странной. Несмотря на одинаковый состав, ученые отмечают, что частицы обладают ..
2016-07-04 2264 0 Научные открытия
0
Ученые ищут пенициллин 21-го века
Биологи открыли новые методы определения веществ, которые могли бы служить антибиотиками. Это дарит человечеству надежду на то, что будут найдены лекарства для противодействия болезнетворным бактериям, перед которыми бессильны все ныне известные антибиотики. Об этом говорится в исследовании ученых из Калифорнийского университета ..
2013-09-23 2066 0 Научные открытия
0
В хромосомах человека обнаружена четырехспиральная ДНК
Британские исследователи обнаружили в хромосомах человека функциональную четырехспиральную форму ДНК. Работа опубликована в журнале Nature Chemistry, а ее краткое содержание можно прочитать в Nature News. Открытие удалось совершить благодаря использованию помеченных флюресцентными красителями антител, которые связываются ..
2013-01-21 2188 0 Научные открытия
0
Найден самый долгоживущий организм планеты
Растение, которому по предварительным оценкам от 80 до 200 тысяч лет, обнаружили в Средиземном море учёные из Австралии. Самый долгоживущий организм планеты воспроизводит себя клонированием.Рекордсменом оказалась обычная морская трава вида Posidonia oceanica. Исследованием её ДНК занимался Карлос Дуарти (Carlos ..
2012-02-7 3225 0 Научные открытия
0
Ученые доказали, что радиация даже в малых дозах – вредна
В последнее время нас все больше убеждают в том, что радиационный фон существующий на нашей планете – безвреден, но так это? За последние годы радиационный фон сильно вырос и продолжает расти, пик роста составил в середине 20го века, когда велось активное испытание радиационного оружия. ..
2011-10-15 2904 0 Научные открытия
1
В мозге обнаружили производство женских половых гормонов
Группа американских исследователей обнаружила, что мозг может производить женский половой гормон эстрадиол. Подробности приведены в статье специалистов из Национального центра изучения приматов в Висконсине для The Journal of Neuroscience. Кратко о работе ученых рассказывает Medical Express. Открытие было сделано ..
2013-12-25 1780 0 Научные открытия
0
Ученые открыли металлы с памятью формы
Ученые из Миннесотского университета в журнале Nature опубликовали отчет о новом металлическом кристалле, способном изменять свою форму. Это образец нового семейства «умных» материалов, которые можно широко использовать, начиная с космических аппаратов и заканчивая электроникой и реактивными двигателями. В ..
2013-10-6 2642 0 Научные открытия
0
Состояние сверхпроводимости достигнуто при комнатной температуре
Открытие сверхпроводимости в 1911 году породило массу надежд на революцию в энергетике, большинство из которых постепенно рассеялось, поскольку необходимость использования сверхнизких температур — крайне неудобное и невыгодное условие. Конечно, со временем появились так называемые «высокотемпературные» сверхпроводники, но высокотемпературными ..
2014-12-11 4079 0 Научные открытия
2
В гигантских алмазах нашли следы жидкого металла из мантии Земли
Международная группа геохимиков провела анализ состава редких гигантских алмазов и выяснила, что они образовались в жидкой металлической фазе глубоких слоев мантии Земли. Описание исследования опубликовано в журнале Science.Мантия — часть Земли, которая расположена непосредственно под корой над ядром ..
2016-12-21 5090 0 Научные открытия
0
Математик придумал, как сделать здания невидимыми для землетрясений
Доктор Уильям Парнелл (William Parnell) из университета Манчестера разрабатывает теорию, позволяющую спрятать здания от землетрясений при помощи инновационных материалов. Учёный доказал, что можно заставить сейсмические волны обходить охраняемые объекты стороной. Строения можно укрыть своеобразными "шапками-невидимками", ..
2012-02-26 2415 0 Научные открытия
0