Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie man Atome verwirrt

21.07.2010
Neuer Mechanismus der Glasbildung entdeckt

Forschern von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel um Professor Franz Faupel ist es weltweit erstmalig gelungen, die Beweglichkeit aller Elemente einer glasbildenden Legierung über den gesamten relevanten Temperaturbereich zu bestimmen.

Wie die Wissenschaftler in dem renommierten Fachjournal Physical Review Letters berichten, konnten sie in der Legierung Pd43Cu27Ni10P20 durch ihre Messungen einen fundamentalen Mechanismus der Glasbildung identifizieren. Sie zeigten, dass die Beweglichkeit der großen Palladiumatome während des Abkühlens der Schmelze kurz vor dem Erstarren zum Glas rund 10.000 Mal geringer ist als die der übrigen Elemente.

Massive metallische Gläser besitzen einzigartige Eigenschaften und sind eine der am intensivsten untersuchten Materialklassen unserer Zeit. Sie sind deutlich härter als herkömmliche Stähle, zudem hoch elastisch und oft extrem korrosionsfest. Dabei können metallische Gläser hochpräzise und so einfach wie Plastik verarbeitet werden − kurz: ein Supermaterial. Wäre es nicht so kompliziert herzustellen. Denn beim Abkühlen der Metallschmelze muss die regelmäßige Anordnung der Atome, die so genannte Kristallisation, verhindert werden, um die atomare Unordnung der Schmelze einzufrieren. Das Verständnis, wie man Atome in Legierungen gezielt "verwirren" und damit die Kristallisation verhindern kann, ist also ein Schlüssel zur Beherrschung der Glasbildung. Bislang gab es jedoch keine Experimente, welche die genauen physikalischen Vorgänge der Glasbildung erklärten.

Nun gelang es Forschern von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel um Professor Franz Faupel weltweit erstmalig, die Beweglichkeit (Diffusionskoeffizienten) aller Elemente einer glasbildenden Legierung über den gesamten relevanten Temperaturbereich zu bestimmen. Wie die Wissenschaftler in dem renommierten Fachjournal Physical Review Letters (PRL 104, 195901 (2010)) berichten, konnten sie in der Legierung Pd43Cu27Ni10P20 durch ihre Messungen einen fundamentalen Mechanismus der Glasbildung identifizieren. Sie zeigten, dass die Beweglichkeit der großen Palladiumatome während des Abkühlens der Schmelze kurz vor dem Erstarren zum Glas rund 10.000 Mal geringer ist, als die Beweglichkeit der übrigen Elemente. "Computersimulationen zufolge bilden die größten Atome in der Schmelze eine Art Käfig, in dem die anderen Atome eingesperrt werden. Bisher konnte dieser Vorgang aber experimentell nicht beobachtet werden", erklärt Faupel. Die verhältnismäßig großen Palladiumatome bilden dabei ein starres Netzwerk, noch lange bevor die Glassübergangstemperatur erreicht ist, bei der die flüssige Schmelze zum festen Körper erstarrt. Das langsame Untersystem der Palladiumatome verhindert dadurch eine schnelle Kristallisation der Legierung, so dass auch eine niedrige Kühlrate genügt, um die flüssige Unordnung einzufrieren.

"Der von uns entdeckte Mechanismus der Glasbildung ist so bedeutend, da er von universeller Natur ist", freut sich Faupel. Die Ergebnisse verbessern daher das Verständnis des Übergangs eines mehrkomponentigen Materials vom flüssigen zum glasförmigen Zustand. Die Jagd nach preiswerten glasbildenden Legierungen für technische Alltagsanwendungen ist in vollem Gange. Dank des besseren Verständnisses der Vorgänge bei der Glasbildung kann zukünftig zielstrebiger nach glasbildenden Legierungen gesucht werden.

Eine Abbildung zum Thema steht zum Download bereit unter:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2010/2010-119-1.jpg
Bildunterschrift: Die großen Palladiumatome (grau) der Legierung Pd43Cu27Ni10P20 bilden noch in der flüssigen Schmelze ein starres Netzwerk, in dem die anderen Atome wie in einem Käfig gefangen werden. Das schwer bewegliche Gerüst bremst die Kristallisation, weshalb bereits eine geringe Kühlrate ausreicht, um ein metallisches Glas zu erzeugen.

Abbildung: Björn Gojdka, Copyright: CAU

Kontakt:

Prof. Dr. Franz Faupel
Institut für Materialwissenschaft – Materialverbunde
Christian-Albrechts-Universität, Kaiserstraße 2, D-24143 Kiel
Telefon: +49(0)431/880-6226
E-Mail: ff@tf.uni-kiel.de
Prof. Dr. Klaus Rätzke
Institut für Materialwissenschaft – Materialverbunde
Christian-Albrechts-Universität, Kaiserstraße 2, D-24143 Kiel
Telefon: +49(0)431/880-6227
E-Mail: kr@tf.uni-kiel.de

Dr. Anke Feiler-Kramer | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2010/2010-119-1.jpg
http://www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2010/2010-119-metallische-glaeser.shtml

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise