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研究人员解释了PNCP金属玻璃独特的潜在原子结构

Pd42.5Ni7.5Cu30P20(PNCP)因其玻璃形成能力(GFA)而被认为是块状金属玻璃的冠军,但导致该特性的原子构型仍然未知。近日,由日本熊本大学细川伸弥教授带领的国际研究团队对PNCP的原子构型进行了分析,并与以往的合金进行了比较,发现了其特征构型及其GFA的来源。这可以帮助工程师制造出更好的金属玻璃。

金属玻璃是一种革命性的材料,它结合了玻璃的柔韧性和金属的强度。它们是通过快速冷却液态金属或合金制成的,使原子以随机模式冻结,就像液体一样,而不是普通金属的规则模式。这种随机的液体状图案也出现在玻璃中,从而使这种材料得名。Pd42.5Ni7.5Cu30P20(PNCP)被认为比其任何一种母合金Pd40Ni40P20(PNP)好得多,这表明GFA和Pd40Cu40P20稍差(PCP),其GFA比PNCP差得多。然而,PNCP的原子构型特征使其成为一种出色的金属玻璃,这仍然是一个谜。

在最近于2022年8月25日在线发布并发表在《非结晶固体杂志》上的一篇论文中,来自日本、德国、法国、匈牙利和英国的一组研究人员让我们离解开这个谜团又近了一步.在日本熊本大学细川伸弥教授的带领下,他们成功地分析了PNCP的原子结构,并将其与PNP和PCP的原子结构进行了比较,以找到可能导致PNCP优异GFA的特征构型。

“虽然以前的研究试图制定可以预测金属玻璃GFA的规则,但这些规则尚未经过实验验证。我们的研究结果表明,这些规则可能不正确。此外,我们的研究揭示了必须采取的下一步行动以了解其他金属玻璃的原子构型如何影响其GFA,”Hosokawa教授说。

通过异常X射线散射、X射线衍射和中子衍射等多种观测技术,阐明了直径为3mm的PNCP样品的原子构型。这些是使用反向蒙特卡罗建模等技术进行分析的。然后将观察结果与来自PNP和PCP的类似观察结果进行比较。

该团队发现PNCP的原子构型与其母合金相比存在明显差异。首先,与PNP(即镍)和PCP(即铜)中的次级金属相比,PNCP的次级金属镍和铜表现出更多的异质性。镍和铜在PNCP中分布不均。此外,该团队观察到PNCP中镍和铜周围的二十面体排列增加。最后,持久同源性(PH)(一种计算化合物拓扑结构的方法)的研究结果表明,PNCP包含所有钯基块状金属玻璃中最大的铜PH环。

根据这些发现,研究人员得出结论,在PNCP中,轻微共价的部分(由钯和磷或Pd-P制成)和金属部分(由镍和铜制成)相互作用,这导致了PNCP的优秀的建筑面积。Hosokawa教授解释了为什么这些发现很有用:“我们的研究结果可以帮助其他人了解许多金属玻璃具有出色的玻璃形成能力的起源,而不仅仅是PNCP。进一步的研究可以在我们的基础上进行,并有助于在未来开发出更好的金属玻璃。"

金属玻璃具有良好的柔韧性、强度和耐腐蚀性。因此,这些材料的使用潜力巨大。像这样的进步可以使金属玻璃在我们的世界中更普遍地使用,并且可以让我们更接近实现这些独特材料的潜力。

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