Nel campo delle scienze del vetro e dei liquidi, la cosiddetta fragilità è un concetto chiave che caratterizza la rapidità con cui la dinamica dei liquidi si manifesta con l'abbassamento della temperatura. Tuttavia, una sfida di lunga data è che il verificarsi della cristallizzazione ostacola la valutazione della fragilità dei materiali per la formazione del vetro.
Un team di ricercatori ha ampliato i confini delle tecniche tradizionali e ha raccolto con successo dati incrociati sulla fragilità per varie famiglie di leghe. Hanno proposto le origini alla base della fragilità del vetro metallico (MG) dal punto di vista della struttura elettronica e hanno fornito spunti per la progettazione dei materiali.
Tipicamente, la fragilità dei liquidi viene determinata misurando la viscosità del liquido a diverse temperature. Tuttavia, spesso è necessaria una combinazione di tecniche per coprire l’intero intervallo di viscosità. In alternativa, la fragilità può anche essere stimata mediante calorimetria a scansione differenziale (DSC) dal suo stato vetroso.
Tuttavia, sfide come l’interferenza della cristallizzazione, le velocità di riscaldamento limitate del DSC e la storia termica ostacolano la determinazione accurata della fragilità in vari intervalli di composizione. Pertanto, la domanda chiave qui è come misurare in modo efficace la fragilità in un ampio spettro di composizioni.
Un team di scienziati cinesi ha ora utilizzato l’analisi calorimetrica rapida per acquisire dati precisi sulla fragilità dipendente dalla composizione nei sistemi di vetro metallico La-Ni-Al e Cu-Zr-Al. Curiosamente, i loro risultati hanno rivelato una sottile tendenza alla fragilità dipendente dalla composizione:a un certo punto, un leggero aumento del contenuto di Al ha portato a una diminuzione significativa del valore di fragilità, mostrando un salto improvviso o un comportamento incrociato.
I ricercatori hanno utilizzato una combinazione di tecniche, tra cui la spettroscopia fotoelettronica a raggi X, misurazioni della resistenza, calcoli della struttura elettronica e simulazioni atomiche di apprendimento profondo basate su DFT, per esplorare il meccanismo alla base di questo crossover di fragilità.
La loro analisi ha suggerito che la riduzione della fragilità potrebbe essere collegata alla formazione di legami di tipo covalente tra le interazioni Al-Al innescate dall’introduzione di ulteriore alluminio. Così, alla fine, hanno scoperto cosa controlla la fragilità dei liquidi metallici.
L'analisi calorimetrica ultraveloce sarà in grado di fornire un database di fragilità più completo. Sulla base dei dati sulla fragilità e della prospettiva della struttura elettronica, verranno progettati materiali amorfi più diversi.
Questi risultati forniscono informazioni sull'origine della fragilità nei liquidi metallici dal punto di vista della struttura elettronica e aprono una nuova strada per la progettazione di vetri metallici.
La ricerca è stata recentemente pubblicata su Materials Futures .
Ulteriori informazioni: Hui-Ru Zhang et al, Crossover di fragilità mediato da interazioni elettroniche di tipo covalente in liquidi metallici, Materials Futures (2024). DOI:10.1088/2752-5724/ad4404
Fornito dal laboratorio dei materiali del lago Songshan
