Około 1952 roku słynny matematyk Alan Turing opracował model pojęciowy wyjaśniający ten proces
Tworzenie wzoru jest również szeroko stosowane wsztuczne systemy i przemysł, zwłaszcza w dziedzinie metalurgii. Istnieje cały obszar zwany „metalografią”, który specjalizuje się w badaniu mikroskopijnych struktur i składów metali i stopów. Jeśli podzielisz stop wieloskładnikowy i przyjrzysz się jego przekrojom, prawdopodobnie zobaczysz naprzemienne paski lub zachodzące na siebie plamy różnych metalowych elementów podczas cięcia. Jednak pomimo tego, że budowa i modele krzepnięcia ciekłych stopów są znane od dawna, to zjawisko powstawania wzoru ich powierzchni przez długi czas pozostawało niezbadane.
Jialuo Han, UNSW
Naukowcy dokładnie zbadali, jakie typy wzorówznajdują się na powierzchni zestalonych stopów metali. Zespół wykorzystał dwuskładnikowe mieszanki metali: stopy na bazie galu zawierające niewielkie ilości bizmutu. Te stopy łatwo topią się w dłoni, ułatwiając obserwację eksperymentalną i kontrolę.
„Mogliśmy obserwować proces utwardzaniapowierzchni pod konwencjonalnym mikroskopem optycznym i byłem zaskoczony, gdy po raz pierwszy zobaczyłem front krzepnięcia na powierzchni ciekłego metalu, tworzący za nim ciągłe wzory” – powiedział dr Jianbo Tang, główny autor artykułu.
Naukowcy badali za pomocą mikroskopów elektronowychwysoce uporządkowane wzory, w tym przeplatane paski, zakrzywione włókna, tablice punktów i niektóre egzotyczne hybrydy pasków i kropek. Zaskoczeniem naukowców było to, że podczas powstawania tych struktur zawartość bizmutu o niskim stężeniu w obszarze powierzchniowym znacznie wzrosła. Takie wzbogacenie powierzchni stwierdzone w tym badaniu jest sprzeczne z konwencjonalnymi koncepcjami metalurgicznymi.
Badacze połączyli odkryte zjawiskokrzepnięcia z unikalną strukturą powierzchni ciekłych metali, a do symulacji tego procesu wykorzystano superkomputery. W symulacjach komputerowych małe atomy bizmutu, pozornie losowo poruszające się w morzu atomów galu, gromadziły się na powierzchni stopu.
„To wcześniej ignorowane zjawiskoKrzepnięcie powierzchni poprawia naszą podstawową wiedzę na temat ciekłych stopów metali i ich procesów przemiany fazowej. Ten samowystarczalny proces powierzchniowy może służyć jako narzędzie do rysowania do projektowania konstrukcji metalowych i tworzenia urządzeń do zaawansowanych zastosowań w przyszłej elektronice i optyce ”- dodał profesor Kurosh Kalantar-Zade, współautor artykułu.