Cruzamento de fragilidade mediado por interações eletrônicas do tipo covalente em líquidos metálicos
A fragilidade caiu em uma pequena faixa, atribuída à covalência eletrônica associada às interações únicas de Al-Al. Crédito:Prof. Hai-Bin Yu, Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia, Centro Nacional de Alto Campo Magnético de Wuhan e Escola de Física. No campo das ciências do vidro e dos líquidos, a chamada fragilidade é um conceito-chave que caracteriza a rapidez com que a dinâmica do líquido se reflete na redução da temperatura. No entanto, um desafio de longa data é que a ocorrência de cristalização dificulta a avaliação da fragilidade em materiais formadores de vidro.
Uma equipe de pesquisadores ultrapassou os limites das técnicas tradicionais e reuniu com sucesso dados cruzados sobre fragilidade para várias famílias de ligas. Eles propuseram as origens subjacentes da fragilidade no vidro metálico (MG) do ponto de vista da estrutura eletrônica e forneceram insights para o design de materiais.
Normalmente, a fragilidade dos líquidos é determinada medindo a viscosidade do líquido em diferentes temperaturas. No entanto, muitas vezes é necessária uma combinação de técnicas para cobrir toda a faixa de viscosidade. Alternativamente, a fragilidade também pode ser estimada por calorimetria diferencial de varredura (DSC) a partir do seu estado vítreo.
No entanto, desafios como interferência na cristalização, taxas limitadas de aquecimento do DSC e histórico térmico dificultam a determinação precisa da fragilidade em várias faixas de composição. Portanto, a questão chave aqui é como medir eficazmente a fragilidade num amplo espectro de composições.
Uma equipe de cientistas chineses usou agora a análise calorimétrica rápida para adquirir dados precisos de fragilidade dependentes da composição nos sistemas de vidro metálico La-Ni-Al e Cu-Zr-Al. Curiosamente, suas descobertas revelaram uma tendência sutil de fragilidade dependente da composição:em um determinado ponto, um ligeiro aumento no teor de Al levou a uma diminuição significativa no valor de fragilidade, exibindo um salto repentino ou comportamento cruzado.
Os pesquisadores empregaram uma combinação de técnicas, incluindo espectroscopia de fotoelétrons de raios X, medições de resistência, cálculos de estrutura eletrônica e simulações atômicas de aprendizado profundo baseadas em DFT, para explorar o mecanismo subjacente desse cruzamento de fragilidade.
A sua análise sugeriu que a redução da fragilidade poderia estar ligada à formação de ligações covalentes entre as interações Al-Al desencadeadas pela introdução de alumínio adicional. Assim, eles finalmente descobriram o que controla a fragilidade dos líquidos metálicos.
A análise calorimétrica ultrarrápida será capaz de fornecer um banco de dados de fragilidade mais abrangente. Com base nos dados de fragilidade e na perspectiva da estrutura eletrônica, serão projetados materiais amorfos mais diversos.
Essas descobertas fornecem informações sobre a origem da fragilidade em líquidos metálicos do ponto de vista da estrutura eletrônica e abrem um novo caminho para o design de vidros metálicos.
A pesquisa foi publicada recentemente em Materials Futures .
