Дефекты, путешествующие по алмазу быстрее скорости звука
Дефекты материалов не всегда приводят к разрушению. Иногда они могут сделать их сильнее.
Как вы можете себе представить, ученым важно знать, что именно. Теперь новое исследование дало важное понимание различий, отслеживая скорость, с которой могут двигаться крошечные трещины.
Исследователям из нескольких международных институтов удалось зафиксировать линейные дефекты – или дислокации – движущиеся быстрее, чем скорость звука через алмаз; выводы, которые следует также применить к другим важным материалам, улучшая модели всего: от землетрясений до самолетов.
«До сих пор никому не удавалось напрямую измерить, насколько быстро эти дислокации распространяются через материалы», — говорит ученый-материаловед Леора Дрессельхаус-Марэ из Стэнфорда. Университет.
Дрессельхаус-Марэ и ее коллеги использовали мощный лазер, чтобы пропускать ударные волны через крошечные кристаллы синтетического алмаза, отслеживая возникающие деформации с точностью до миллиардных долей секунды с помощью рентгеновского лазера на свободных электронах.
Первоначальная волна, проходящая через материал, является упругой: атомы при прохождении возвращаются на место. Вторая — пластическая волна, при которой узоры атомов в алмазе навсегда смещаются. Эти дислокации вызывают так называемые дефекты упаковки, когда слои кристаллической решетки не выстраиваются в линию так, как должны.
Когда дислокации встречаются, они могут либо притягивать, либо отталкивать друг друга, что, в свою очередь, может создавать больше дислокаций. . Понимание этих взаимодействий и скорости этих взаимодействий имеет решающее значение для выяснения того, как материалы будут реагировать на стресс.
«Если конструкционный материал выходит из строя более катастрофически, чем можно было ожидать, из-за его высокой частоты отказов, это не так уж и хорошо», — говорит ученый-материаловед Кенто Катагири из Университета Осаки в Японии. «Нам нужно больше узнать об этом типе катастрофических разрушений».
На самом деле существует два типа звуковых волн, которые распространяются через твердые тела: более медленные поперечные звуковые волны, создаваемые сопротивлением материала, и более быстрые продольные волны. которые подобны тем, которые движутся по воздуху.
Эксперименты показывают, что дислокации распространяются по алмазу быстрее, чем поперечные звуковые волны. Следующим шагом будет проведение испытаний, чтобы выяснить, смогут ли они победить продольные звуковые волны, для чего потребуются еще более интенсивные лазерные импульсы.
Знание всего этого очень поможет ученым, пытающимся рассчитать, как материалы могут реагировать. под интенсивными силами. До сих пор дефекты, скорость которых превышает скорость звука, моделировались только теоретически.
«Понимание верхнего предела подвижности дислокаций в кристаллах необходимо для точного моделирования, прогнозирования и контроля механических свойств материалов в экстремальных условиях. », — пишут исследователи в своей опубликованной статье. p>
Исследование опубликовано в журнале Science.
