Schnellen Phasenumwandlungen auf der Spur
Einzigartige Kombination von experimentellen Techniken offenbart die Phasenumwandlung eines metallischen Glases
metallische Gläser sind metastabile Materialien mit spezifischer atomarer Anordnung und Eigenschaften. Sie sind in der Regel härter, korrosionsbeständiger und fester als gewöhnliche Metalle. Sie entstehen, indem die natürliche Kristallisation verhindert wird. Dies kann zum Beispiel durch rasches Abkühlen der Schmelze geschehen, so dass den Atomen die Beweglichkeit genommen wird, bevor sie die Kristallanordnung einnehmen können. Der umgekehrte Prozess - rasches Erhitzen von metallischen Gläsern - ermöglicht die Bildung von Nichtgleichgewichtszuständen und Strukturen mit einzigartigen physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Allerdings blieben in situ Untersuchungen der Phasenumwandlungen aufgrund ihrer Schnelligkeit im Millisekundenbereich bislang eine Herausforderung. Einem Forschungsteam ist es nun gelungen, die Umwandlungsprozesse mit hoher zeitlicher Auflösung über den gesamten Temperaturbereich der Existenz der unterkühlten Schmelze live zu beobachten.
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines metallischen Glas-Kristall-Komposites
IFW Dresden
In einer kürzlich in Nature Communications veröffentlichten Arbeit berichten die Forschenden über die Untersuchungen von Phasenumwandlungen in einem rasch erhitzten Kupfer-Zirkon-Aluminium-Glas mittels verschiedener, sich ergänzender, Verfahren. Dazu nutzte das Forschungsteam in situ Röntgenbeugung an der Synchrotronquelle PETRA III (DESY Hamburg) und die am IFW Dresden entwickelten Anlagen für die elektromagnetische Levitation und das Rasch-Erhitzen. Darüber hinaus wurden Strukturuntersuchungen durch die in situ Transmissionselektronenmikroskopie an der Universität Cambridge (UK) und Mikrostrukturanalysen am MPIE Düsseldorf durchgeführt. Mittels Auger- und Röntgenphotoelektronenspektroskopie konnte am IFW Dresden die Oberflächenchemie untersucht werden. Diese einzigartige Kombination von experimentellen Methoden ermöglichte einen bisher unzugänglichen Einblick in die Mechanismen und Kinetik der Phasenumwandlungen mit hoher zeitlicher Auflösung über den gesamten Temperaturbereich der Existenz der unterkühlten Schmelze. Damit können die Bedingungen, unter denen das Glas Strukturen mit vorteilhaften Materialeigenschaften ausbilden kann, erstmals in situ definiert werden. Dieser Ansatz lässt sich auch für die Untersuchungen von Phasenumwandlungen in anderen metallischen glasbildenden Systemen anwenden.
Originalveröffentlichung
J. Orava, S. Balachandran, X. Han, O. Shuleshova, E. Nurouzi, I. Soldatov, S. Oswald, O. Gutowski, O. Ivashko, A.-C. Dippel, M. v. Zimmermann, Y.P. Ivanov, A.L. Greer, D. Raabe, M. Herbig & I. Kaban; "In situ correlation between metastable phase transformation mechanism and kinetics in a metallic glass"; Nature Commun.; 2021, Vol. 12, Article No. 2839
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Zuletzt betrachtete Inhalte
Unverwechselbarer molekularer Fingerabdruck - Neuartiges Lasermesssystem zur Analyse der molekularen Zusammensetzung in biologischen Systemen
Sieben Millionen Euro Wachstumsfinanzierung für LipoFIT
Chipkalorimetrie für die Tropfen-basierte Mikrofluidik
Krebsfüherkennung durch implantierbare Krebsfallen - ohne Biopsien? - Mit Sensoren und Bluetooth ausgestattet könnten Informationen sogar in Echtzeit geliefert werden
Rigaku gründet gemeinsam mit zwei Partnern das RIGAKU/JEOL-iCeMS Innovationszentrum - Eine Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, die sich dem Fortschritt der Materialwissenschaft durch offene Innovation widmet
Untersuchung der Kinaseaktivität in lebenden Zellen: Wissenschaftler bauen molekulares Aufzeichnungsgerät - Überwindung der Grenzen optischer Bildgebung
Biametrics GmbH schließt Investitionsrunde über 3,1 Millionen Euro ab
STRATEC ernennt neuen Vorstandsvorsitzenden zum 1. April 2011
Endress+Hauser will Analytik Jena vollständig übernehmen - Mehrheitsaktionär kauft weiter Anteile auf
Mikropartikel unterschiedlicher Größe gezielt und gleichzeitig in verschiedene Richtungen lenken - Anwendung möglich in der Medikamentenabgabe und zur Synthese neuer Materialien
Elektronen in Festkörpern zuschauen - Vereinfachung einer spektroskopischen Methode zur Untersuchung von Elektronenbewegungen in Molekülen und Festkörpern gelungen
