Comment le ciment s’est transformé en métal amorphe

Dans certaines conditions, le ciment peut avoir les propriétés du verre et du métal, y compris la conductivité électrique. Pourquoi, pourquoi, comment ? Commençons par le dernier. Les verres métalliques chimiques (qui sont aussi des métaux amorphes) sont les métaux les plus courants. Les atomes de métal fondu liquide forment une structure cristalline relativement ouverte lorsqu’ils sont refroidis, où ils peuvent «glisser» le long de ses plans. Supposons qu’une partie du fer soit relativement malléable, donc si nécessaire, on l’allie avec du carbone, qui «verrouille» de telles structures, et donc de l’acier.

Avec diverses méthodes, les métaux amorphes passent rapidement d’un état liquide à un état solide, ce qui ne laisse pas le temps de former un réseau cristallin. En conséquence, les atomes du verre métallique ont une liaison à courte portée mais pas de liaison à longue portée. La forme cristalline n’a aucune structure — tout comme dans le verre ordinaire. Le résultat est remarquable, car ces métaux peuvent être plusieurs fois plus résistants avec une viscosité radicalement plus élevée sans nécessiter d’alliage.

Ainsi, une équipe scientifique internationale dirigée par le physicien Chris Benmore de l’Argonne National Laboratory (États-Unis) a étudié le phénomène de transition du ciment liquide vers un état métallique amorphe, récemment observé en pratique.

La mayénite, un composant du ciment d’aluminium constitué d’oxydes de calcium et d’aluminium, a été étudiée à cette fin. Les scientifiques l’ont fait fondre à une température de 2000 °C. Il a été maintenu dans l’air à l’aide de courants d’air dirigés de différentes directions pour éviter tout contact avec d’autres substances, ce qui s’accompagne du début de processus de cristallisation rapides. Et le chauffage a été effectué avec un laser à dioxyde de carbone. En conséquence, le ciment a reçu une structure amorphe similaire au verre (ou au verre métallique).

D’où vient la conductivité électrique, pourriez-vous vous demander ? En fait, sur la base de la composition chimique de la mayenite, tout ordre d’atomes et de molécules dans un tel «ciment amorphe» n’est pas cru. Mais les expérimentateurs ont découvert que lorsque le ciment est refroidi sans contact avec des surfaces solides, les électrons libres à l’intérieur se «piégent» dans des structures en forme de réseau qui se forment entre les atomes proches dans les verres ordinaires. Ainsi, les électrons sont bien plus nombreux que la normale et leur présence détermine la conductivité du ciment amorphe final.

OK, mais pourquoi toutes ces astuces (le coût d’un seul «lévitateur» spécialement conçu pour souffler de l’air) ? «Le nouveau matériau a de nombreuses applications potentielles, y compris les résistances à couches minces utilisées dans les moniteurs LCD, dont vous êtes en train de lire l’une», déclare Chris Benmore. Fondamentalement, le domaine d’application est très large: un tel ciment ne rouille pratiquement pas, même en feuilles très fines, il perd de sa fragilité et sa conductivité change légèrement en fonction de la température (résistances de référence?), Malheureusement, cela ne peut pas être dit du ciment traditionnel. conducteurs métalliques.

Mais il ne s’agit pas que d’électronique. L’innovation a permis pour la première fois de transformer autre chose que des métaux dans un état amorphe, et donc de conférer les mêmes propriétés (dont la conductivité !) à d’autres classes de matériaux avec la même méthode de piégeage des électrons libres.

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