Una collaborazione di ricerca internazionale guidata da scienziati della City University di Hong Kong (CityU) ha spiegato un'incoerenza termodinamica di lunga data nella formazione di una classe di vetro metallico che potrebbe portare allo sviluppo di nuovi, leghe metalliche migliori.

Il vetro metallico è considerato un materiale avanzato per le sue eccezionali proprietà fisiche, come una forza superiore, durezza, indossare, resistenza alla corrosione e formabilità. Viene utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, come dispositivi medici, trasformatori e attrezzature sportive.

Professor Xun-Li Wang, Professore Ordinario di Fisica e Capo del Dipartimento di Fisica e Scienza dei Materiali di CityU, che ha guidato il progetto, ha affermato che la scoperta di una fase amorfa nascosta nel vetro metallico palladio-nichel-fosforo è un'osservazione importante nella fisica del vetro.

La ricerca è stata appena pubblicata sulla prestigiosa rivista Comunicazioni sulla natura .

"Possiamo ora esplorare come produrre o indurre questa fase amorfa nel vetro metallico, in modo da poter regolare le proprietà del materiale in dimensioni maggiori per applicazioni migliori, ", ha detto il professor Wang.

Un problema di vecchia data nella ricerca sul vetro metallico era quello di risolvere l'impaccamento degli atomi nel materiale perché la struttura determina le proprietà.

A differenza della maggior parte dei metalli, dove gli atomi sono impacchettati in array regolari, i vetri metallici sono composti da atomi in disposizione disordinata; è questa cosiddetta struttura amorfa che conferisce proprietà preziose a questi materiali.

In un primo esperimento al mondo, eseguita presso l'Australian Centre for Neutron Scattering, è stata rivelata una cruciale fase amorfa nascosta.

"Stavamo misurando lo scattering di neutroni a piccolo angolo (SANS) mentre riscaldavamo il vetro per valutare i cambiamenti nella sua struttura mentre, contemporaneamente, misurare i cambiamenti nella quantità di calore che il materiale stava assorbendo usando un metodo chiamato calorimetria a scansione differenziale, " ha detto lo scienziato dello strumento QUOKKA, Dottor Elliot Gilbert, un coautore sulla carta.

"Semplicemente non puoi eseguire questa misurazione in nessun'altra parte del mondo. Il dispositivo speciale utilizzato negli esperimenti è stato sviluppato qui all'ANSTO. Siamo l'unica struttura al mondo in cui SANS e calorimetria a scansione differenziale possono essere misurati contemporaneamente tempo.

Tipicamente il modo in cui si potrebbero fare questi esperimenti è prendere il materiale e studiarlo con una serie di tecniche diverse, ma sfortunatamente, non allo stesso tempo. Quando si cerca di mettere in relazione i cambiamenti strutturali che si verificano durante il riscaldamento, semplicemente non puoi essere sicuro che i dati che raccogli da una misurazione possano essere correlati a un'altra se vengono raccolti utilizzando sonde di temperatura diverse o in momenti diversi, forse a distanza di mesi.

Siamo stati in grado di correlare direttamente i cambiamenti nella struttura del materiale con l'energia necessaria affinché quella struttura cambiasse, " disse Gilberto.

Le misurazioni dei raggi X di sincrotrone presso l'Argonne National Laboratory hanno fornito informazioni sulla scala della lunghezza atomica che hanno mostrato una riorganizzazione degli ammassi atomici con la temperatura. Ciò è stato completato da studi presso l'Università di Hokkaido in Giappone, dove sono state acquisite immagini di microscopia ad alta risoluzione e modelli di diffrazione elettronica.

"Riunendo ricercatori di tutto il mondo, questa scoperta apre una strada per manipolare le condizioni di lavorazione di questi materiali, come il trattamento termico, generare comportamenti vantaggiosi, " disse Gilberto.