Erforschung der Dynamik von Hoch-Entropie Metallischen Gläsern

Hochentropie-Metallgläser sind eine Art Material, das aus einer Mischung mehrerer verschiedener Metalle besteht. Sie haben einzigartige Eigenschaften, die sie für verschiedene Anwendungen interessant machen. In diesem Artikel wird die Beziehung zwischen zwei wichtigen Aspekten dieser Materialien untersucht: Schubmodul und Volumenentspannung.

#Was sind Schubmodul und Volumenentspannung?

Der Schubmodul ist ein Mass dafür, wie sich ein Material verformt, wenn eine Kraft angewendet wird. Er sagt uns, wie steif oder flexibel das Material ist. Wenn sich der Schubmodul ändert, kann das darauf hinweisen, dass sich die Struktur des Materials verändert.

Volumenentspannung bezieht sich darauf, wie sich das Volumen eines Materials im Laufe der Zeit verändert, insbesondere wenn es erhitzt wird. Wenn metallische Gläser erhitzt werden, ordnen sich die Atome darin neu, was zu einer Volumenänderung führen kann.

#Wie sich Hochentropie-Metallgläser verhalten

Forscher haben zwei spezifische Typen von hochentropischen Metallgläsern untersucht: TiZrHfBeCu und TiZrHfBeNi. Diese Materialien werden von Raumtemperatur bis zur vollständigen Kristallisation erhitzt. Während dieses Prozesses messen die Wissenschaftler, wie sich Schubmodul und Volumen ändern.

In diesen Studien fanden sie heraus, dass sowohl der Schubmodul als auch das Volumen aufgrund eines Prozesses namens Strukturelle Entspannung verändert werden. Dieser Prozess findet sowohl unter als auch über einer bestimmten Temperatur statt, die als Glasübergangstemperatur bekannt ist.

#Die Rolle der Defekte

Wenn sich die Struktur eines metallischen Glases ändert, geschieht das oft wegen Defekten im Material. Defekte sind Unregelmässigkeiten in der Anordnung der Atome, und sie spielen eine wichtige Rolle für das Verhalten des Materials. Die Forscher konzentrierten sich auf einen speziellen Typ von Defekten, die interstitialen Defekte. Diese Defekte entstehen, wenn Atome Plätze zwischen den regulären Positionen der Atome im Glas einnehmen.

Laut der Interstitialitätstheorie sind diese Defekte verantwortlich für die Eigenschaftsänderungen, die auftreten, wenn metallische Gläser strukturelle Entspannung durchlaufen. Die Anwesenheit von Defekten beeinflusst den Schubmodul des Materials und dessen Volumenänderungen.

#Experimentelle Ergebnisse

Die Forscher führten eine Reihe von Experimenten durch. Sie erhitzten die metallischen Gläser und massen dabei deren Schubmodul und Volumen. Dabei fanden sie einige interessante Ergebnisse:

1. Die Änderungen im Volumen und Schubmodul konnten mit Gleichungen beschrieben werden, die auf interstitialen Defekten basieren. Das bedeutet, dass das Verhalten dieser Gläser auf die Anwesenheit von Defekten im Material zurückzuführen ist.

2. Es gibt eine klare Beziehung zwischen den Änderungen des Schubmoduls und des Volumens. Wenn die Defektkonzentration steigt, sinkt der Schubmodul, was darauf hinweist, dass das Material weniger steif wird.

3. Die Forscher identifizierten einen spezifischen temperaturunabhängigen Parameter, der mit dem Defektsystem in diesen Gläsern zusammenhängt. Dieser Parameter hilft, die Änderungen sowohl im Schubmodul als auch im Volumen während der strukturellen Entspannung zu charakterisieren.

4. Es wurde auch festgestellt, dass es eine lineare Beziehung zwischen den Volumenänderungen und der Defektkonzentration gibt. Das bedeutet, dass sich das Volumen des Materials konsistent verändert, wenn Defekte entstehen.

5. Die Beziehung zwischen Schubmodul und Volumen gilt nicht nur für den ursprünglichen Zustand der Materialien, sondern auch für die entspannten Zustände nach verschiedenen Wärmebehandlungen.

#Auswirkungen der Ergebnisse

Zu verstehen, wie Schubmodul und Volumenentspannung in hochentropischen Metallgläsern miteinander verbunden sind, hat mehrere Auswirkungen:

1. Materialdesign: Die Erkenntnisse aus dieser Forschung können Wissenschaftlern helfen, neue Materialien mit spezifischen Eigenschaften zu entwerfen. Indem sie die Defektkonzentration kontrollieren, können sie die Steifigkeit und Volumenänderungen der Materialien anpassen.

2. Anwendungen: Hochentropie-Metallgläser haben potenzielle Anwendungen in verschiedenen Bereichen wie Elektronik, Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie. Das Verständnis ihrer Eigenschaften hilft bei der Entwicklung besserer Materialien für diese Anwendungen.

3. Zukünftige Forschung: Diese Studie öffnet die Tür für weitere Forschung. Wissenschaftler können erkunden, wie verschiedene Zusammensetzungen von hochentropischen Metallgläsern ihr Verhalten beeinflussen könnten. Ausserdem kann das Verständnis der Rolle von Defekten helfen, die Herstellungsverfahren dieser Materialien zu verbessern.

#Fazit

Die Beziehung zwischen Schubmodul und Volumenentspannung in hochentropischen Metallgläsern ist ein wichtiges Forschungsfeld. Indem die Forscher verstehen, wie diese Aspekte miteinander verbunden sind, können sie das Materialdesign verbessern und neue Anwendungen erkunden. Die Ergebnisse zeigen, dass interstitiale Defekte eine entscheidende Rolle in dieser Beziehung spielen, was sowohl für das theoretische Verständnis als auch für die praktische Anwendung dieser einzigartigen Materialien von Bedeutung ist.

Mit fortschreitender Forschung wird es wahrscheinlich noch mehr Entdeckungen geben, die unser Verständnis von hochentropischen Metallgläsern und ihren potenziellen Anwendungen in der realen Welt erweitern.