Tailoring crystallization phases in metallic glass nanorods via nucleus starvation.
Tailoring crystallization phases in metallic glass nanorods via nucleus starvation.
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DOI：
10.1038/s41467-017-02153-4
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发表时间：
2017-12-07
影响因子：
16.6
通讯作者：
Cha JJ
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sohn S;Xie Y;Jung Y;Schroers J;Cha JJ
许多物理现象在系统接近控制现象的相关长度尺度时偏离了它们既定的框架。在结晶中，相关的长度尺度是由核尺寸和密度设定的成核长度和由扩散场设定的生长长度。在这里，我们观察到意想不到的结晶现象在纳米尺度上，使用金属玻璃（MG）纳米棒和原位透射电子显微镜。对于小的MG纳米棒，临界加热和冷却速率之间的不对称性消失。引人注目的是，观察到一个明显的单晶相，其组成类似于玻璃组合物的非常小的棒，在体样品相反。我们将此归因于在接近成核长度的小MG纳米棒中缺乏核，因此创造了术语，核饥饿。通过控制MG纳米棒直径和结晶动力学，我们可以调整纳米棒中的核的数量，从而定制所得的结晶相。块状金属玻璃的结晶通常导致分离的相。在这里，作者使用金属玻璃纳米棒来表明，随着样品尺寸接近成核尺度长度，结晶行为由缺乏核和纳米棒结晶成单相决定。
Many physical phenomena deviate from their established frameworks when the system approaches relevant length scales governing the phenomena. In crystallization, the relevant length scales are the nucleation length set by the nucleus size and density, and the growth length set by diffusion fields. Here we observe unexpected crystallization phenomena at the nanoscale, using metallic glass (MG) nanorods and in situ transmission electron microscopy. The asymmetry between critical heating and cooling rates disappears for small MG nanorods. Strikingly, an apparent single crystalline phase with its composition similar to the glass composition is observed for very small rods, in contrast to bulk samples. We attribute this to the lack of nuclei in small MG nanorods that approach the nucleation length, thus coined the term, nucleus starvation. By controlling the MG nanorod diameter and crystallization kinetics, we can tune the number of nuclei in a nanorod, thereby tailoring the resulting crystallization phases. Crystallising a bulk metallic glass usually results in separate phases. Here, the authors use metallic glass nanorods to show that as the sample size approaches the nucleation scale lengths, the crystallization behavior is dictated by the lack of nuclei and nanorods crystallise into a single phase.
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