11.04.2018

„Anti-aging“ in metallischen Gläsern

Ultrastabile Variante dieser Werkstoffe zeigt über­raschende Eigen­schaft.

Metallische Gläser unterliegen derselben natür­lichen Ent­wick­lung wie Menschen: sie altern. Im Laufe der Zeit ver­ändern sich ihre Eigen­schaften, und zwar immer in die­selbe Rich­tung. Wissen­schaftler der Uni Göttingen und des Europä­ischen Synchro­trons ESRF in Grenoble haben jetzt in ultra­stabilen metal­lischen Gläsern, einer neuen Klasse von metal­lischen Gläsern, einen über­raschenden Effekt fest­ge­stellt: Unter typischen Alterungs­bedin­gungen zeigten die Gläser eine gegen­sätz­liche Ent­wick­lung – ein „Anti-aging“.

Abb.: Darstellung der Struktur­dynamik eines ultra­stabilen metal­lischen Glases als Zwei-Zeiten-Korre­la­tions­funktion. (Bild: GAU)

Metallische Gläser bilden im Gegensatz zu kon­ven­tio­nellen Metallen keine ge­ord­nete atomare Struktur. Diese struk­tu­relle Unord­nung ist maß­geb­lich für ihr Ver­halten und ihre Eigen­schaften – sie sind einer­seits härter, anderer­seits aber gleich­zeitig elas­tischer als kon­ven­tio­nelle Metalle. Dank dieser Charak­te­ristik ist ein metal­lisches Glas ein be­son­ders ge­ig­netes Mate­rial für an­spruchs­volle An­wen­dungen wie bei­spiels­weise medi­zi­nische Implan­tate. Auf­grund der intrin­sischen Un­ord­nung ist ihre Struktur aller­dings nicht stabil, wo­durch sich ihre Eigen­schaften spontan ändern – das metal­lische Glas altert.

„Die Stärke metallischer Gläser ist gleich­zeitig ihr Schwach­punkt, was ihre Nutz­bar­keit enorm ein­schränkt“, erklärt Martin Lüttich von der Uni Göttingen. „Das ist ein funda­men­tales Problem für An­wen­dungen, in denen die Zu­ver­lässig­keit und Be­stän­dig­keit des Materials un­er­läss­lich ist.“ Das Geheimnis ultra­stabiler Gläser liegt in ihrer Her­stel­lung: Sie werden auf eine neu­artige Weise her­ge­stellt, bei der lang­sam Atom­schicht für Atom­schicht auf­ge­tragen wird. Dadurch ergeben sich im Ver­gleich zu kon­ven­tio­nell her­ge­stellten metal­lischen Gläsern ver­bes­serte mecha­nische Eigen­schaften.

„Da sich beide Gläser auf mikroskopischer Skala ähneln, war die Ent­deckung des Anti-aging-Effekts beim ultra­stabilen Glas für uns eine Über­raschung“, erläutert Lüttich. Die Ent­deckung dieses Effekts trägt zu einem besseren Ver­ständnis der grund­legenden Mecha­nismen der Struktur­dynamik metal­lischer Gläser bei und lässt den prak­tischen Ein­satz dieses Werk­stoffes näher rücken.

GAU / RK

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