Forschung macht die Physik der Glasbildung klarer

Die Zerbrechlichkeit von Flüssigkeiten – das heißt, wie sich die Fließfähigkeit einer Flüssigkeit mit der Temperatur ändert – gilt seit langem als Schlüsselfaktor für das Verständnis von Flüssigkeiten und auch dafür, wie sie sich zu Gläsern formen. Eine zuverlässige Methode zur Messung der Zerbrechlichkeit in Flüssigkeiten war jedoch schwer fassbar. Jetzt hat ein Forscherteam einen besseren Weg entwickelt, um diese kritische Eigenschaft zu bestimmen.

Die Ergebnisse werden in veröffentlicht Naturkommunikation.

Im Labor von Jan Schroers, Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaften, entwickelten die Forscher eine Methode, die sie als Filminflation-Methode (FIM) bezeichnen und die die Zerbrechlichkeit einer Vielzahl metallischer glasbildender Flüssigkeiten misst. Auf diese Weise erhielten die Forscher nicht nur ein klareres Gefühl für die Eigenschaften der Flüssigkeiten, sondern widersprachen auch einer lang gehegten Annahme auf dem Gebiet, dass eine geringe Zerbrechlichkeit besser für die Bildung von metallischem Glas ist, einem Material, das stärker als gleichmäßig ist die besten Metalle, aber mit der Biegsamkeit von Kunststoff. Diese Materialien verdanken ihre Eigenschaften ihren einzigartigen atomaren Strukturen: Wenn metallische Gläser von einer Flüssigkeit zu einem Feststoff abkühlen, ordnen sich ihre Atome in einer zufälligen Anordnung an und kristallisieren nicht wie herkömmliche Metalle.

Schroers sagte, die Methode sei ein „großer Schritt“, um die knifflige Physik von metallischem Glas herauszufinden. Der flüssige Teil des Bildungsprozesses ist besonders verwirrend.

„Der flüssige Zustand ist für uns am schwierigsten zu verstehen und zu messen“, sagte er. „Über Festkörper ist im Grunde alles bekannt, wie sich die Atome anordnen, und wir können das alles am Computer berechnen – man muss fast keine Experimente mehr machen. Gas ist auch sehr einfach, weil die Atome so weit voneinander entfernt sind , sie interagieren nicht wirklich. Liquid, als Zustand, wissen wir fast nichts darüber.

Das könnte sich mit der neuen Methode ändern, die Schroers zusammen mit Sebastian Kube, einem ehemaligen Ph.D. Student in seinem Labor und Hauptautor der Studie.

„Dies ermöglicht uns, Theorien zur Glasbildung zu erweitern, die eines der größten Mysterien in der Physik ist“, sagte er.