Kemajuan Menuju Teori Universal Pembentukan Kaca

Ilmuwan di Universitas Tokyo menggunakan simulasi komputer untuk memodelkan efek komposisi unsur pada kemampuan kaca untuk membentuk campuran logam, yang dapat menghasilkan kaca elektrokonduktif yang keras. Kredit: Institut Ilmu Industri, Universitas Tokyo

Para peneliti di Institute of Industrial Sciences di University of Tokyo telah menggunakan kalkulasi dinamika molekul untuk mensimulasikan kemampuan kaca membentuk campuran logam. Mereka menunjukkan bahwa bahkan perubahan kecil dalam komposisi dapat sangat mempengaruhi kemungkinan bahwa suatu material mengambil keadaan kristalin versus keadaan seperti kaca pada saat pendinginan. Pekerjaan ini dapat mengarah pada teori universal tentang pembentukan kaca dan kaca elektrokonduktif yang lebih ekonomis dan lebih tahan.

Jika Anda memiliki tamu penting yang datang untuk makan malam, Anda dapat mengatur meja Anda dengan kacamata “sebening kristal” yang indah. Namun, bagi para ilmuwan, kristal dan kaca sebenarnya adalah dua keadaan yang sangat berbeda yang dapat diambil cairan saat didinginkan. Kristal memiliki struktur kisi tiga dimensi pasti yang berulang tanpa batas waktu, sedangkan kaca adalah padatan amorf yang tidak memiliki tatanan jangka panjang. Teori pembentukan kaca saat ini tidak dapat secara akurat memprediksi campuran logam mana yang akan “berputar” untuk membentuk kaca dan mana yang akan mengkristal. Pengetahuan yang lebih baik dan lebih lengkap tentang formasi kaca akan sangat membantu saat merancang resep baru untuk bahan keras penghantar listrik yang mekanis.

Sekarang, para peneliti di Universitas Tokyo telah menggunakan simulasi komputer dari tiga sistem logam prototipe untuk mempelajari proses pembentukan kaca. “Kami menemukan bahwa kemampuan sistem multi-komponen untuk membentuk kristal, dibandingkan dengan kaca, dapat terganggu oleh perubahan kecil dalam komposisi,” kata penulis pertama Yuan-Chao Hu.

Sederhananya, pembentukan kaca adalah konsekuensi dari bahan yang mencegah kristalisasi saat didinginkan. Ini mengunci atom dalam keadaan “beku” sebelum mereka dapat mengatur dirinya sendiri ke dalam model minimisasi energinya. Simulasi menunjukkan bahwa faktor kritis yang menentukan laju kristalisasi adalah energi antarmuka kristal cair.

Para peneliti juga menemukan bahwa perubahan komposisi unsur dapat menyebabkan tatanan atom lokal yang menggagalkan proses kristalisasi dengan pengaturan yang tidak sesuai dengan bentuk kristal biasa. Secara khusus, struktur ini dapat mencegah kristal kecil untuk bertindak sebagai “benih” yang menginisiasi pertumbuhan daerah teratur dalam sampel. Berbeda dengan penjelasan sebelumnya, para ilmuwan menetapkan bahwa perbedaan potensial kimia antara fase cair dan kristal hanya berpengaruh kecil pada pembentukan gelas.

“Karya ini mewakili kemajuan yang signifikan dalam pemahaman kita tentang mekanisme fisik dasar vitrifikasi,” kata penulis senior Hajime Tanaka. “Hasil dari proyek ini juga dapat membantu produsen kaca untuk merancang sistem multi-komponen baru yang memiliki sifat tertentu yang diinginkan, seperti kekuatan, kekerasan, dan konduktivitas listrik.”

Referensi: “Asal fisik pembentukan kaca dari sistem multi-komponen” 11 Desember 2020, Ilmu Pengetahuan Lanjut.
(Sci. Adv. 2020; 6: eabd2928)

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

36 galaksi kerdil secara bersamaan memiliki “baby boom” bintang baru

Penemuan tak terduga Rutgers menantang teori modern tentang bagaimana galaksi tumbuh, dan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Penulis: Universitas Rutgers-New Brunswick Sungguh...

Banyak pasien dengan COVID-19 menghasilkan respons imun yang menyerang jaringan dan organ mereka sendiri.

Sebuah studi yang dipimpin oleh University of Birmingham, yang didanai oleh Konsorsium Imunologi Coronavirus Inggris, menemukan bahwa banyak pasien dengan COVID-19 menimbulkan respons kekebalan...

Sains mudah dibuat: apa itu neutrino steril?

Neutrino steril adalah jenis neutrino khusus yang telah diusulkan untuk menjelaskan beberapa hasil eksperimen yang tidak terduga, tetapi belum ditemukan secara pasti. Para...

Kekeringan jangka panjang mengambil alih AS bagian barat – Tanah dan tanaman berjatuhan

5 Juni 2021 Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat dari Pegunungan Rocky hingga Pantai Pasifik. Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda...

Energi matahari dan angin dapat meredakan konflik di sekitar bendungan Renaisans Ethiopia di timur laut Afrika

Megaplatinum terletak di Ethiopia, dekat perbatasan dengan Sudan. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di Afrika. Penulis: © Google Sebuah studi baru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.