Wissenschaftler entdecken metallische Flüssiglegierungen mit Zebra- oder Leopardenmustern

Um 1952 entwickelte der berühmte Mathematiker Alan Turing ein konzeptionelles Modell, um den Prozess zu erklären

Solche Muster werden auch als Turing-Muster bezeichnet.

Die Musterbildung ist auch in weit verbreitetkünstliche Systeme und Industrie, insbesondere im Bereich der Metallurgie. Es gibt einen ganzen Bereich namens "Metallographie", der sich auf die Untersuchung mikroskaliger Strukturen und Zusammensetzungen von Metallen und Legierungen spezialisiert hat. Wenn Sie eine Mehrkomponentenlegierung spalten und ihre Querschnitte betrachten, sehen Sie wahrscheinlich abwechselnd Streifen oder überlappende Stellen verschiedener Metallkomponenten im Schnitt. Trotz der Tatsache, dass die Struktur und die Modelle der Verfestigung flüssiger Legierungen seit langem bekannt sind, ist das Phänomen der Bildung ihres Oberflächenmusters lange Zeit unerforscht geblieben.

Jialuo Han, UNSW

Die Forscher untersuchten genau, welche Arten von Musternfinden sich auf der Oberfläche von erstarrten Metalllegierungen. Das Team verwendete Zweikomponenten-Metallmischungen: Legierungen auf Galliumbasis, die geringe Mengen an Wismut enthalten. Diese Legierungen schmelzen leicht in der Hand, was die experimentelle Beobachtung und Kontrolle erleichtert.

"Wir konnten die Erstarrung der Oberfläche unter einem herkömmlichen Lichtmikroskop beobachten, und ich war überrascht, als ich die Vorderseite zum ersten Mal sahErstarrung an der Oberfläche des flüssigen Metalls, wodurch sich dahinter kontinuierliche Muster bilden", sagtDr. Jianbo Tang, Hauptautor der Studie.

Mit Elektronenmikroskopen untersuchten Wissenschaftlerhochgeordnete Muster, einschließlich Interlaced-Streifen, gekrümmte Fasern, Punktarrays und einige exotische Streifen- und Punkthybride. Die Forscher waren überrascht, dass während der Bildung dieser Strukturen der Wismutgehalt mit einer geringen Konzentration im Oberflächenbereich signifikant anstieg. Eine solche in dieser Studie festgestellte Oberflächenanreicherung widerspricht herkömmlichen metallurgischen Konzepten.

Forscher haben das entdeckte Phänomen verknüpftErstarrung mit einer einzigartigen Oberflächenstruktur von flüssigen Metallen und Supercomputer wurden verwendet, um diesen Prozess zu simulieren. In Computersimulationen sammelten sich kleine Wismutatome, die sich offenbar zufällig im Meer der Galliumatome bewegten, auf der Legierungsoberfläche an.

„Dieses zuvor ignorierte PhänomenDie Oberflächenverfestigung verbessert unser grundlegendes Verständnis der Flüssigmetalllegierungen und ihrer Phasenübergangsprozesse. Dieser in sich geschlossene Oberflächenprozess kann als Zeichenwerkzeug zum Entwerfen von Metallstrukturen und zum Erstellen von Geräten für fortgeschrittene Anwendungen in der zukünftigen Elektronik und Optik verwendet werden “, fügte Professor Kurosh Kalantar-Zade, Mitautor der Studie, hinzu.