La déformation des métaux, un sujet d’étude séculaire pour les métallurgistes, a toujours suscité un vif intérêt. Si le processus est bien compris pour les métaux conventionnels, les métaux amorphes, tels que les verres métalliques, restent un mystère, en particulier à l’échelle nanométrique. Une nouvelle étude offre des éclairages inédits sur ce sujet.
Les métaux amorphes, ou verres métalliques, sont des matériaux qui combinent la force des métaux avec la malléabilité des plastiques. Ils sont en cours de développement pour une large gamme d’applications, allant de l’aérospatiale à l’électronique grand public, en passant par la robotique et les biotechnologies.
Leur structure atomique unique leur confère ces propriétés : lorsqu’ils passent de l’état liquide à l’état solide, leurs atomes s’arrangent de manière aléatoire et ne cristallisent pas comme le font les métaux traditionnels. Cependant, empêcher les atomes de cristalliser est un défi, et toute connaissance sur leur fonctionnement pourrait grandement améliorer la production de verre métallique.
Comme le soulignent les auteurs de l’étude, « Pour faire avancer la fabrication et l’utilisation des métaux amorphes, une compréhension fondamentale et complète de leur déformation en fonction de la taille et de la température est nécessaire ».
Une étude révolutionnaire sur la déformation des métaux amorphes
Le laboratoire du Professeur Jan Schroers de l’Université de Yale a décidé d’étudier ce qui se passe lorsque des échantillons de métaux amorphes de taille nanométrique se déforment. En utilisant du cuivre-zirconium et d’autres échantillons de verre métallique dans un état mou, ils ont découvert que les règles standard commençaient à diverger pour des tailles d’échantillons de 100 nanomètres ou moins.
À cette échelle, la composition chimique des échantillons ne changerait jamais si les atomes continuaient à se déplacer collectivement. Au lieu de cela, les atomes se déplaçaient individuellement, et à un certain point, le métal commençait à se déformer rapidement.
« Si vous réduisez de plus en plus la taille, alors les atomes, ils ne coulent plus. Ce qu’ils font à la place, c’est se déplacer individuellement sur la surface », a commenté Jan Schroers.
Implications scientifiques et technologiques
Ces découvertes ont des implications significatives tant au niveau scientifique que technologique. Elles offrent une nouvelle méthode pour faire croître lentement des matériaux métastables, y compris des verres métalliques et même d’autres matériaux qui n’étaient pas possibles à fabriquer avec d’autres techniques.
Le laboratoire de Jan Schroers se concentre actuellement sur les alliages les plus prometteurs pour créer des verres métalliques par cette méthode. « L’alliage devrait comprendre des éléments similaires, mais pas trop similaires, sinon le modèle sur lequel ils grandissent ne peut pas être formé en verre », a conclu le Professeur.
En synthèse
La déformation des métaux amorphes, un sujet complexe et peu compris, a été éclairée par une nouvelle étude. Les découvertes pourraient avoir des implications significatives pour la production de verres métalliques et d’autres matériaux métastables, ouvrant la voie à de nouvelles applications dans divers domaines.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un métal amorphe ?
Un métal amorphe, ou verre métallique, est un matériau qui combine la force des métaux avec la malléabilité des plastiques. Il ne cristallise pas comme le font les métaux traditionnels lorsqu’il passe de l’état liquide à l’état solide.
Qu’est-ce qui rend la déformation des métaux amorphes complexe à comprendre ?
La complexité réside dans le fait que les atomes de ces métaux s’arrangent de manière aléatoire et ne cristallisent pas. De plus, à l’échelle nanométrique, les règles standard de déformation ne s’appliquent pas.
Qu’a découvert l’étude de Schroers ?
L’étude a découvert que les atomes de métaux amorphes de taille nanométrique se déplacent individuellement lors de la déformation, contrairement à ce qui se passe à une échelle plus grande.
Quelles sont les implications de ces découvertes ?
Ces découvertes pourraient améliorer la production de verres métalliques et d’autres matériaux métastables, et ouvrir la voie à de nouvelles applications dans divers domaines.
Quels sont les domaines d’application des métaux amorphes ?
Les métaux amorphes sont en cours de développement pour une large gamme d’applications, allant de l’aérospatiale à l’électronique grand public, en passant par la robotique et les biotechnologies.
Références
Article : « Size-dependent deformation behavior in nanosized amorphous metals suggesting transition from collective to individual atomic transport » – DOI: s41467-023-41582-2
