Image du microscope électronique à transmission de nanotiges en verre métallique. Crédit :Judy Cha
Les chercheurs ont découvert que le liquide a une structure dans certaines circonstances, et que cette structure influence de manière significative la formation mystérieuse et complexe des verres métalliques.
Moulable comme le plastique mais solide comme le métal, les verres métalliques sont une classe relativement nouvelle de matériaux fabriqués à partir de complexes, alliages multi-composants. Leurs propriétés uniques proviennent de la façon dont leurs atomes s'installent dans un arrangement aléatoire lorsqu'ils passent d'un liquide à un solide. Mais maîtriser ce processus - et capitaliser pleinement sur ces matériaux - s'est avéré délicat, car tant de choses sont encore inconnues sur ce qui se passe dans le processus de refroidissement.
Une nouvelle étude, Publié dans Communication Nature , apporte quelques réponses.
Les chercheurs, dirigé par Judy Cha, le professeur adjoint Carol et Douglas Melamed en génie mécanique et science des matériaux, ont découvert que les verres métalliques à l'état liquide forment périodiquement des structures cristallines - leurs atomes en mouvement libre s'organisent selon certains motifs. Cela se produit à l'interface du liquide et du solide, c'est-à-dire lorsque la matière fondue s'est partiellement solidifiée, le liquide adjacent forme une structure qui fait croître la partie solide jusqu'à 20 fois plus vite qu'elle ne le ferait autrement.
Judy Cha dans son labo de Yale. Crédit :Université de Yale
"Nous soulignons cette lacune dans nos connaissances, " dit Cha, qui est également membre de l'Institut des sciences de l'énergie de Yale sur le campus ouest. « Le domaine de la cristallisation est très mature, mais les questions fondamentales restent ouvertes."
Pour l'étude, les chercheurs ont utilisé la microscopie électronique à transmission pour observer en temps réel le processus de cristallisation dans des tiges de verre métallique de taille nanométrique. Être capable d'observer la matière à l'échelle atomique, ils ont découvert que le verre métallique cristalliserait à une vitesse de 15 à 20 atomes par seconde si le liquide formait une structure. Quand il n'avait pas de structure, le taux était d'environ trois à cinq atomes par seconde.
Yujun Xie, un doctorat candidat au laboratoire de Cha et auteur principal de l'article, dit que la prochaine étape est d'élargir les applications de ce qu'ils ont appris.
"Comment notre étude donne-t-elle un aperçu de la formation d'autres matériaux, et comment pouvons-nous concevoir la formation et la structure d'autres matériaux ?", a-t-il déclaré.
Les autres auteurs de l'étude sont Sungwoo Sohn, Minglei Wang, Huolin Xin, Mark D. Shattuck, Corey S. O'Hern, et Jan Schroers.
