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

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

Eksplorasi pertama arus laut di bawah “Doomsday Glacier” memicu kekhawatiran

Untuk pertama kalinya, para peneliti dapat memperoleh data di bawah Gletser Thwaites, yang juga dikenal sebagai "Gletser Hari Kiamat". Mereka menemukan bahwa pasokan...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Newsletter

Subscribe to stay updated.