Fig. 1. Observation av den kavitationsdominerade sprickutbredningen i ett metalliskt glas. Kredit:Institutet för fysik
Glasmaterial spelar en viktig roll i den moderna världen, men inneboende sprödhet har länge varit akilleshälen som kraftigt begränsar deras användbarhet. På grund av den oordnade amorfa strukturen hos glasartade material, många mysterier kvarstår. Dessa inkluderar frakturmekanismerna hos traditionella glasögon, som silikatglas, samt ursprunget till de spännande mönstrade frakturmorfologierna hos metallglas.
Kavitation har allmänt antagits vara den underliggande mekanismen för brott på metallglas, såväl som andra glasartade system. Ända tills nu, dock, forskare har inte kunnat direkt observera kavitationsbeteendet hos frakturer, trots deras intensiva ansträngningar.
Denna situation förändrades med nyligen utförda arbeten av Dr. Shen Laiquan, Prof. Bai Haiyang, Prof. Sun Baoan, och andra från prof. Wang Weihuas grupp vid Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences (CAS), som framgångsrikt har observerat effekten av kavitation på frakturbeteende i glasögon. De avslöjade att sprickutbredning domineras av den självorganiserade kärnbildningen, tillväxt, och koalescens av nanokaviteter i metallglas.
De visade den evolutionära processen av sprickmorfologier från separerade nanokaviteter till vågliknande nanokorrugationer, och bekräftade att kavitation är ursprunget till periodiska frakturytmönster.
Dessutom, de fann att kavitationsinducerade nanomönster också är vanliga i typiskt polymerglas (polykarbonat) och silikatglas (kiseldioxid), vilket indikerar att kavitationsmekanismen är vanlig vid glasögonbrott. Plastflöde som uppvisas av kavitationsprocessen bevisar alltså att duktilitet i nanoskala är involverad i brottet av nominellt spröda glas.
Fig. 2. Utveckling av sprickor från separerade nanokaviteter till vågliknande nanokorrugationer. Kredit:Institutet för fysik
Upptäckten av kavitationsbeteende i glasögonbrott utmanar det traditionella konceptet om hur glasögon går sönder. Forskarnas resultat har betydande implikationer för förståelsen av den grundläggande processen för misslyckande i oordnade system, och ger incitament för att konstruera bättre glasögon.
Fig. 3. Kavitationsinducerade nanostrukturerade frakturytmönster i polymer- och kiselglas. Kredit:Institutet för fysik
Den här studien, med titeln "Observation av kavitation som styr fraktur i glasögon, " publicerades i Vetenskapens framsteg .
