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Les scientifiques ont créé des cartes 3D des alliages de nouvelle génération

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Les scientifiques ont créé des cartes 3D des alliages de nouvelle génération

Les alliages à moyenne et haute entropie (M/HEA) sont des matériaux spéciaux qui combinent des éléments en quantités à peu près égales. Il s’agit d’une nouvelle façon de concevoir des matériaux dans des domaines tels que la métallurgie et la catalyse. Changer la façon dont les atomes sont disposés dans ces alliages est considéré comme crucial, mais il est difficile de connaître cet arrangement en trois dimensions. Les méthodes habituelles confondent la composition chimique ou affichent des images floues.

Des scientifiques de l’Université de Californie ont fourni des informations sans précédent sur la structure et les propriétés des alliages à entropie moyenne et élevée. Ils ont utilisé une technique d’imagerie avancée appelée tomographie électronique atomique pour cartographier les coordonnées atomiques 3D des M/HEA. Cette étude représente la première fois que le système nucléaire tridimensionnel est observé directement.

Les alliages à entropie moyenne combinent trois ou quatre métaux en quantités à peu près égales, tandis que les alliages à haute entropie en combinent cinq ou plus de la même manière. Ceci est différent des alliages ordinaires, dans lesquels un métal est le métal principal et les autres sont en plus petites quantités. Par exemple, l’acier inoxydable est majoritairement composé de fer.

Pensez maintenant à un forgeron fabriquant une épée. Étonnamment, de petites imperfections dans le métal le rendent plus solide. Lorsqu’un forgeron chauffe une tige de métal mou jusqu’à ce qu’elle brille puis la refroidit rapidement, ces imperfections s’accumulent et la transforment en une redoutable épée. Les scientifiques étudient comment appliquer cette idée aux alliages contenant plusieurs métaux.

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Les scientifiques se sont concentrés sur un type de défaut structurel appelé double frontière. On pense que ce défaut est un facteur critique dans la combinaison unique de dureté et de ductilité des alliages à entropie moyenne et élevée.

Le jumelage se produit lorsque la contrainte provoque la courbure d’une partie de la matrice cristalline tandis que les atomes environnants restent en place, créant des images miroir de chaque côté de la frontière.

Les scientifiques ont fabriqué de petites nanoparticules en utilisant différents métaux. Six nanoparticules étaient des alliages à entropie moyenne contenant du nickel, du palladium et du platine. Quatre étaient des alliages à haute entropie contenant du cobalt, du nickel, du ruthénium, du rhodium, du palladium, de l’argent, de l’iridium et du platine.

La création de ces alliages s’apparente à une version ultra-rapide du travail d’un forgeron. Ils ont fait fondre le métal à des températures extrêmement élevées pendant une fraction de seconde, puis l’ont rapidement refroidi. Ce processus rapide a conduit à l’apparition de frontières de jumeaux dans six des dix nanoparticules, une paire de jumeaux étant présente dans quatre d’entre elles.

Les scientifiques ont utilisé une méthode d’imagerie spéciale qu’ils ont inventée, appelée tomographie électronique atomique, pour détecter ces défauts. Ils ont utilisé des électrons parce que les détails au niveau atomique sont beaucoup plus petits que les longueurs d’onde de la lumière visible. Cette méthode consiste à prendre plusieurs images tout en faisant pivoter l’échantillon, permettant ainsi de cartographier les données en 3D.

Cependant, adapter la tomographie électronique atomique pour cartographier des mélanges complexes de métaux a été un processus difficile qui nécessite des modifications précises.

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Miu a dit : « Notre objectif est de trouver la vérité dans la nature, et nos mesures doivent être aussi précises que possible. Nous avons travaillé lentement, repoussant les limites pour rendre chaque étape du processus aussi parfaite que possible, puis sommes passés à l’étape suivante.

Les scientifiques ont cartographié avec précision chaque atome des nanoparticules avec une entropie moyenne. Cependant, certains des métaux contenus dans l’alliage à haute entropie étaient si similaires en taille que le microscope électronique ne pouvait pas les distinguer. En conséquence, la carte a regroupé les atomes en trois catégories.

Ils ont découvert que plus les atomes de différents éléments (ou différentes classes d’éléments) étaient mélangés, plus la structure de l’alliage était susceptible de changer de manière à le rendre à la fois dur et flexible. Cette découverte pourrait être utile dans la conception d’alliages à moyenne et haute entropie avec une ténacité accrue. Cela pourrait également révéler de nouvelles propriétés que l’on ne trouve actuellement pas dans des matériaux tels que l’acier, ouvrant ainsi la voie à des alliages techniques dotés de propriétés uniques.

Le co-auteur Peter Ercius, scientifique à la fonderie moléculaire du Lawrence Berkeley National Laboratory, Il a dit, « Le problème avec l’étude des matériaux défectueux est qu’il faut examiner chaque défaut individuellement pour voir comment il affecte les atomes qui l’entourent. La tomographie électronique atomique est la seule technique ayant la résolution nécessaire pour ce faire. Il est étonnant que nous puissions voir des atomes mixtes. arrangements à cette échelle au sein de si petites choses.

Les scientifiques travaillent sur une nouvelle technique d’imagerie combinant la microscopie électronique atomique avec une méthode permettant de déterminer la composition d’un échantillon en fonction des photons émis. Cette innovation vise à distinguer les métaux comportant des atomes de taille similaire, surmontant ainsi les défis précédents.

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En outre, les scientifiques étudient les moyens d’analyser de grandes quantités d’alliages à moyenne et haute entropie, cherchant à découvrir des liens fondamentaux entre leurs structures et leurs propriétés. Ces développements peuvent grandement améliorer notre compréhension de ces alliages et ouvrir la porte à de nouvelles possibilités en science des matériaux.

Référence du magazine :

  1. Munnery, S., Yang, Y., Ding, J. et al. Structure atomique tridimensionnelle et arrangement chimique local de nanoalliages à moyenne et haute entropie. Nature 624, 564-569 (2023). Identification numérique : 10.1038/s41586-023-06785-z
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L'épaisseur de la croûte de glace révèle la température de l'eau sur les mondes océaniques

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Les astrobiologistes de l'Université Cornell ont mis au point une nouvelle façon de déterminer la température des océans sur des mondes lointains en fonction de l'épaisseur de leurs coquilles de glace, réalisant ainsi efficacement une océanographie depuis l'espace.

Les données disponibles montrant la variation de l'épaisseur de la glace permettent déjà de prédire la partie supérieure de l'océan d'Encelade, l'une des lunes de Saturne, et l'étude orbitale prévue par la NASA sur la croûte glacée d'Europe devrait faire de même pour la lune jovienne, beaucoup plus grande, renforçant ainsi les conclusions de la mission quant à savoir si elle pourrait soutenir la vie. .

Les chercheurs suggèrent qu'un processus appelé « pompage de glace », qu'ils ont observé sous les plates-formes de glace de l'Antarctique, a probablement formé la face inférieure des coquilles glacées d'Europe et d'Encelade, mais doit également être à l'œuvre sur Ganymède et Titan, qui sont de grandes lunes de Jupiter et Saturne. successivement. Ils ont montré que les plages de températures dans lesquelles la glace et les océans interagissent – ​​des régions importantes où des composants de la vie peuvent être échangés – peuvent être calculées en fonction de la pente de la croûte de glace et des changements du point de congélation de l’eau à différentes pressions et salinités.

« Si nous pouvons mesurer le changement d'épaisseur de ces coquilles de glace, nous pourrons obtenir des contraintes de température dans les océans, ce qu'il n'y a pas d'autre moyen de faire sans les percer », a déclaré Brittney Schmidt, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique. . Sciences de la Terre et de l'atmosphère. « Cela nous donne un autre outil pour essayer de comprendre le fonctionnement de ces océans. La grande question est : les choses y vivent-elles, ou peuvent-elles y vivre ? »

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Avec les membres actuels et anciens du Planetary Habitability and Technology Laboratory, Schmidt a co-écrit le livre « Ice-Ocean Interactions on Ocean Worlds Affecting the Topography of Ice Shells », publié dans la revue Journal de recherche géophysique : Planètes.

En 2019, à l'aide du robot télécommandé Icefin, l'équipe de Schmidt a observé de la glace pompée dans une fissure au fond de la plate-forme de glace de Ross, en Antarctique.

Les chercheurs ont cartographié les plages d'épaisseur, de pression et de salinité possibles de la croûte pour les mondes océaniques avec une gravité variable, et ont conclu que le pompage de glace se produirait dans les scénarios les plus probables, mais pas dans tous les scénarios. Ils ont découvert que les interactions entre la glace et les océans sur Europe pourraient être similaires à celles observées sous la plate-forme de glace de Ross, preuve que ces régions pourraient être parmi les plus semblables à la Terre sur des mondes extraterrestres, a déclaré Justin Lawrence, chercheur invité au Cornell Center. . d'astrophysique et de sciences planétaires et responsable de programme chez Honeybee Robotics.

La sonde Cassini de la NASA a produit suffisamment de données pour prédire la plage de température de l'océan d'Encelade, en fonction de l'inclinaison de sa croûte de glace des pôles à l'équateur : -1 095°C à -1 272°C. Connaître les températures permet de comprendre comment la chaleur circule dans les océans et comment elle se propage, affectant l'habitabilité.

Les chercheurs s'attendent à ce que le pompage de glace soit faible sur Encelade, une petite lune (aussi large que l'Arizona) avec une topographie spectaculaire, tandis que sur Europe plus grande – qui a à peu près la taille de la lune terrestre – ils s'attendent à ce qu'il fonctionne rapidement pour ramollir et aplatir la croûte glacée. . un socle.

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Ce travail montre comment la recherche sur le changement climatique sur Terre peut également bénéficier à la science planétaire, a déclaré Schmidt, c'est pourquoi la NASA a soutenu le développement d'ICEVEN.

« Il existe une relation entre la forme de la croûte de glace et la température de l'océan », a déclaré Schmidt. « C'est une nouvelle façon d'obtenir plus d'informations à partir des mesures de la croûte de glace que nous espérons pouvoir obtenir pour Europe et d'autres mondes. »

La recherche a été soutenue par les futurs chercheurs du programme FIESST (Earth and Space Science and Technology) de la NASA et par la National Science Foundation.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation planétaire

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Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

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Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation des planètes

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation des planètes

Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

Nos résultats montrent comment la présence d’eau peut influencer l’évolution d’un système planétaire, tout comme elle l’a fait il y a environ 4,5 milliards d’années dans notre système solaire.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

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Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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