Rond 1952 ontwikkelde de beroemde wiskundige Alan Turing een conceptueel model om het proces te verklaren
Patroonvorming wordt ook veel gebruikt inkunstmatige systemen en industrie, vooral op het gebied van metallurgie. Er is een heel gebied genaamd "metallografie", dat gespecialiseerd is in de studie van microschaal structuren en samenstellingen van metalen en legeringen. Als u een multicomponent-legering splitst en naar de dwarsdoorsneden kijkt, ziet u waarschijnlijk afwisselende strepen of overlappende plekken van verschillende metalen componenten in de snede. Ondanks het feit dat de structuur en modellen van stolling van vloeibare legeringen al lang bekend zijn, is het fenomeen van de vorming van hun oppervlaktepatroon lange tijd onontgonnen gebleven.
Jialuo Han, UNSW
Onderzoekers onderzochten precies welke soorten patronenworden aangetroffen op het oppervlak van gestolde metaallegeringen. Het team gebruikte tweecomponenten metallische mengsels: op gallium gebaseerde legeringen die kleine hoeveelheden bismut bevatten. Deze legeringen smelten gemakkelijk in de hand, waardoor experimentele observatie en controle gemakkelijker worden.
“We konden het verhardingsproces observerenoppervlak onder een conventionele optische microscoop, en ik was verrast toen ik voor het eerst het stollingsfront op het oppervlak van het vloeibare metaal zag, waardoor er continue patronen achter ontstonden”, aldus Dr. Jianbo Tang, hoofdauteur van het artikel.
Met behulp van elektronenmicroscopen studeerden wetenschapperszeer geordende patronen, waaronder verweven strepen, gebogen vezels, dot-arrays en enkele exotische strip- en dot-hybriden. De onderzoekers waren verrast dat tijdens de vorming van deze structuren het gehalte aan bismut met een lage concentratie in het oppervlaktegebied significant toenam. Een dergelijke oppervlakteverrijking die in deze studie wordt gevonden, is in strijd met conventionele metallurgische concepten.
Onderzoekers hebben het ontdekte fenomeen in verband gebrachtstollen met een unieke oppervlaktestructuur van vloeibare metalen, en supercomputers werden gebruikt om dit proces te simuleren. In computersimulaties stapelden zich weinig bismutatomen op, die zich schijnbaar willekeurig in de zee van galliumatomen bewogen, op het legeringsoppervlak.
“Dit voorheen genegeerde fenomeenOppervlaktestolling verbetert ons fundamentele begrip van vloeibare metaallegeringen en hun faseovergangsprocessen. Dit op zichzelf staande oppervlakteproces kan worden gebruikt als tekengereedschap om metalen constructies te ontwerpen en apparaten te maken voor geavanceerde toepassingen in toekomstige elektronica en optica, ”voegde professor Kurosh Kalantar-Zade toe, co-auteur van het onderzoek.