Gli scienziati dei materiali della Ruhr-Universität Bochum sono in grado di determinare se un nuovo materiale rimane stabile sotto carico di temperatura nell'arco di pochi giorni. Hanno sviluppato un nuovo processo per l'analisi, Per esempio, la resistenza alla temperatura e all'ossidazione di leghe complesse composte da più elementi diversi. In precedenza, tali analisi richiedevano mesi. Il team guidato dal Prof. Dr. Alfred Ludwig e dal Dr. Yujiao Li dell'Institute for Materials e Center for Interface-Dominated High Performance Materials descrive il processo nella rivista Orizzonti di materiali .

Questo metodo è ideale per le cosiddette leghe ad alta entropia, materiali che recentemente sono stati di grande interesse per i ricercatori. A differenza delle leghe tradizionali, non sono costituiti da un elemento principale e da diversi elementi aggiuntivi in ​​concentrazioni inferiori, ma piuttosto di una miscela omogenea di più elementi.

"Queste leghe costituiscono una nuova risorsa per nuovi materiali. Con un numero quasi illimitato di diverse combinazioni di materiali, è abbastanza probabile che verranno scoperti materiali che superano i materiali attuali per quanto riguarda determinate proprietà, " dice Ludwig. Il fattore decisivo è che le leghe rimangono stabili e non si disintegrano nei singoli componenti anche se sono esposte a stress termici o chimici durante l'applicazione. "Ecco perché questo metodo è così importante, " aggiunge Ludwig. "Può essere utilizzato per testare potenziali candidati su scala atomica in un breve lasso di tempo".

La combinazione di metodi è la chiave

Prima della distribuzione in applicazioni industriali, qualsiasi materiale di nuova concezione deve essere testato in relazione a parametri diversi, per esempio la sua resistenza alla temperatura e la sensibilità all'ossidazione. Per accelerare questi test, i gruppi di Bochum hanno sviluppato una combinazione di diversi metodi.

Hanno applicato la lega complessa come uno strato con uno spessore di pochi nanometri a 36 punte microscopiche. Per questo scopo, hanno implementato il metodo di deposizione sputtering per depositare contemporaneamente uno specifico rapporto di miscela di cinque metalli sulle punte. Negli strati così applicati, i metalli possono reagire tra loro molto rapidamente. Gli autori si riferiscono al sistema come piattaforma di elaborazione combinatoria.

Successivamente, i ricercatori hanno esposto le singole punte a diversi tipi di stress e hanno utilizzato la tomografia con sonda atomica per caratterizzare la composizione dello strato dopo ogni esposizione allo stress. La tecnologia facilita sia una visualizzazione tridimensionale di milioni di atomi sia la distinzione tra diversi elementi.

La tomografia con sonda atomica distrugge il campione nel punto in cui è stato testato; di conseguenza, almeno una punta rivestita viene utilizzata per misurazione. Però, poiché avevano a disposizione 36 punte identiche, i ricercatori sono stati in grado di eseguire molti test in stretta successione.

Possibilità di testare diverse proprietà

Nel primo passo, Per esempio, hanno applicato calore al campione fino a raggiungere una certa temperatura; poi hanno usato la sonda atomica per testare quale effetto avesse lo stress termico sulla lega, applicato nuovamente il calore per raggiungere una temperatura più elevata, testato di nuovo la lega ecc. "Utilizzando questo metodo, possiamo dire molto rapidamente che la lega analizzata si disintegra in più fasi diverse a temperature superiori a 300 gradi centigradi, " dice Ludwig. "Inoltre, siamo in grado di esplorare la sua sensibilità all'ossidazione e le reazioni in diversi mezzi ambientali." Sulla base dei dati di misurazione completi e dei nuovi metodi di visualizzazione per questi dati, i ricercatori possono così acquisire una comprensione dell'evoluzione di fase in leghe complesse in uno spazio di tempo molto più breve rispetto ai metodi tradizionali.