Aktivni delci bi lahko naredili stabilna stekla močnejša brez katastrofalnih krhkih okvar

Aktivni delci, vgrajeni v material, podoben steklu, bi lahko znatno povečali njegovo trdnost in zmanjšali njegovo nagnjenost k katastrofalnemu zlomu, je pokazala nova raziskava, ki so jo vodili znanstveniki iz inštituta Tata za temeljne raziskave (TIFR) v Hyderabadu, Indija, v sodelovanju z raziskovalci na univerzi Heinrich Heine v Düsseldorfu, Nemčija. Študija kaže, da bi uvedba samovozečih delcev, delcev, ki se lahko premikajo zaradi notranjih virov energije, v steklo med deformacijo lahko spremenila njegov mehanski odziv, kar bi mu omogočilo, da prenese večji stres, ne da bi nenadoma propadel.

Steklo, vključno z visoko stabilnimi amorfnimi trdnimi snovmi, kot so kovinska stekla in inženirski metamateriali, so znani po svoji izjemni trdnosti, vendar tudi po svoji krhkosti.

Ti delci, podobni mikroorganizmom ali sintetičnim koloidom, se gibljejo avtonomno in izvajajo sile na svojo okolico. Njihova prisotnost je spremenila mehanske lastnosti stekla na nepričakovane načine. Namesto ostrega, krhkega načina okvare je material pokazal bolj postopno, porazdeljeno odzivnost. Krivulja napetosti, ki je značilna za mehansko obnašanje materiala, je prešla iz strmega padca v bolj postopno upadanje, kar kaže na povečano trdnost in odpornost na nenadno okvaro. Preoblikovanje je bilo pripisano interakciji med zunanjim rezom, ki se nanaša na steklo, in gibanjem aktivnih delcev.

Čestice so vplivale na to, kako so se oblikovali in širili strižni pasovi skozi material. Namesto da bi oblikovali eno samo, lokalizirano območje intenzivne deformacije, se je proces okvare razširil po omrežju manjših, medsebojno povezanih pasov. Ta prerazporeditev napetosti je omogočila, da je material vzdržal višje obremenitve brez takojšnje razpoke. Temeljiti mehanizem vključuje dinamično medsebojno delovanje med časovnimi lestvicami deformacije, gibanjem delcev in širjenjem strižnega pasu.

S prilagajanjem teh parametrov se lahko način okvare materiala spremeni iz krhkega v bolj prožnega. To odkritje izziva tradicionalne predpostavke o razmerju med stabilnostjo in trdnostjo v steklu, kar kaže, da se lahko mehanski odziv materiala spremeni tudi po pripravi. Ugotovitve odpirajo nove poti za oblikovanje naprednih materialov z izboljšano mehansko zmogljivostjo. Z integracijo aktivnih delcev v steklene sisteme lahko inženirji ustvarijo materiale, ki so močni in odporni, sposobni vzdržati kompleksne obremenitve brez zloma.

Prihodnje delo se bo verjetno osredotočilo na eksperimentalno potrjevanje teh rezultatov in raziskovanje širših posledic za znanost o materialih in inženiring.