Nanodesign von metallischen Gläsern

Metallische Gläser sind interessante Materialien, da sie oft sehr hart sind und attraktive funktionelle Eigenschaften besitzen. Leider brechen sie, wie Fensterglas, katastrophal. In normalen Metallen führt die Bewegung von Billionen von Defekten (Fehler in der regelmäßigen Anordnung der Atome) zu einer dauerhaften Verformung. Eine Aluminiumfolie kann leicht verformt werden ohne zu brechen. Im Gegensatz dazu, sind die Atome in metallischen Gläsern eher zufällig angeordnet. Daher gibt es keine beweglichen Defekte und es bauen sich bei dem Versuch, die Probe zu verformen, lokal große Kräfte auf - das Material bricht ausgehend von einer sehr begrenzten Zone. Dieser Vorgang ist mit dem Beginn eines Erdbebens vergleichbar. Um zu verhindern, dass das Material bricht, ist es wichtig, die atomare Struktur so zu verändern, dass die Verformung im Material besser verteilt wird. Jüngste Forschungsanstrengungen konzentrieren sich auf die Kontrolle von lokalen Unterschieden im atomaren Aufbau des Materials. Mögliche Ansätze sind zusätzlichen Raum zwischen den Atomen zu schaffen, die lokale Zusammensetzung der Elemente zu verändern und Elemente wie Sauerstoff hinzuzufügen. Es fehlen jedoch systematische Studien wie sich die einzelnen Ansätze auswirken, da in metallischen Gläsern die Art der Anordnung der Atome (die Struktur) und die Art der Atome (die Zusammensetzung) in der Regel miteinander verknüpft sind. Das gilt speziell für den Effekt von Sauerstoff. Daher ist es im vorliegenden Projekt geplant, Sputterabscheidung zu verwenden, bei der das Material aus einzelnen Elementen aufgebaut wird. Sowohl die Struktur als auch die Zusammensetzung können kontrolliert werden. Darüber hinaus werden größere Proben durch schnelles Abkühlen des flüssigen Metalls hergestellt. Die Struktur und die mechanischen Eigenschaften der Materialien werden mit einer breiten Palette moderner experimenteller Techniken untersucht, die vom Millimeterbereich bis hin zum einzelnen Atom reichen. Zusätzlich werden im Computer große Modelle analysiert, die das Experiment nachahmen. Diese Kombination soll dazu beitragen, Strategien zur Vermeidung des plötzlichen Bruchs von metallischen Gläsern zu formulieren. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, vereint das Projekt das Fachwissen zweier Gruppen, das Erich Schmid Institut für Materialwissenschaften, Österreichische Akademie der Wissenschaften und das Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux, French National Centre for Scientific Research.