Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio utilizaron cálculos de dinámica molecular para simular la capacidad de formación de vidrio de las mezclas metálicas. Demuestran que incluso pequeños cambios en la composición pueden influir fuertemente en la probabilidad de que un material asuma un cristalino versusun estado vidrioso al enfriarse. Este trabajo puede conducir a una teoría universal de la formación de vidrio y vidrio electroconductor más barato y resistente.
Si tiene invitados importantes que vienen a cenar, puede poner su mesa con vasos costosos de "cristal". Sin embargo, para los científicos, el cristal y el vidrio son en realidad dos estados muy diferentes que un líquido puede asumir cuando se enfría. Un cristal tiene unestructura de celosía tridimensional definida que se repite indefinidamente, mientras que el vidrio es un sólido amorfo que carece de un orden de largo alcance. Las teorías actuales sobre la formación del vidrio no pueden predecir con precisión qué mezclas metálicas "vitrificarán" para formar un vidrio y cuáles cristalizarán. Una mejor,Una comprensión más completa de la formación del vidrio sería de gran ayuda al diseñar nuevas recetas para materiales mecánicamente resistentes y conductores de electricidad.
Ahora, investigadores de la Universidad de Tokio han utilizado simulaciones por computadora de tres sistemas metálicos prototípicos para estudiar el proceso de formación del vidrio ". Descubrimos que la capacidad de un sistema multicomponente para formar un cristal, en lugar de un vidrio,puede verse interrumpido por ligeras modificaciones en la composición ", dice el primer autor Yuan-Chao Hu.
En pocas palabras, la formación de vidrio es la consecuencia de un material que evita la cristalización cuando se enfría. Esto bloquea los átomos en un estado "congelado" antes de que puedan organizarse en su patrón de minimización de energía. Las simulaciones mostraron que un factor crítico que determina la velocidadde cristalización fue la energía de la interfaz de cristal líquido.
Los investigadores también encontraron que los cambios en la composición elemental pueden conducir a ordenamientos atómicos locales que frustran el proceso de cristalización con arreglos incompatibles con la forma habitual del cristal. Específicamente, estas estructuras pueden evitar que los cristales diminutos actúen como "semillas" que nuclean el crecimiento.de regiones ordenadas en la muestra. En contraste con explicaciones anteriores, los científicos determinaron que la diferencia de potencial químico entre las fases líquida y cristalina tiene solo un pequeño efecto en la formación de vidrio.
"Este trabajo representa un avance significativo en nuestra comprensión del mecanismo físico fundamental de la vitrificación", dice el autor principal Hajime Tanaka. "Los resultados de este proyecto también pueden ayudar a los fabricantes de vidrio a diseñar nuevos sistemas multicomponente que tengan ciertas propiedades deseadas,como resiliencia, tenacidad y electroconductividad ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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