Nanoskala deformationer kan påverka experimenten med hög precision, som Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)

En doktorand från Caltech har visat att material kan genomgå ofelastisk deformation innan de ger, som kan påverka konstruktionen av material, vilket leder till starkare och tuffare strukturer.

Xiaouye Ni, som studerar materialvetenskap i laboratoriet av Julia R. Greer, en Caltech -professor i materialvetenskap och mekanik, har visat att metaller genomgår permanent deformation redan innan de ger - tröskeln vid vilken ett material under påfrestning blir permanent deformerat.

Till exempel, ta en metalllinjal och böj den lite. När du släpper, det kommer att återgå till sin ursprungliga form. Men om du tar samma linjal och böjer den så hårt du kan, det kommer att nå en punkt som kallas flytepunkten där den förblir permanent böjd.

Inom materialvetenskap, det fenomen som ger sig förklaras enligt följande:

När du deformerar ett material under dess avkastningspunkt, du sträcker bara tillfälligt bindningarna mellan dess atomer. Det sker ingen permanent förändring av materialets struktur på atomnivå och deformationen är helt återvinningsbar och omedelbar. Denna tillfälliga sträckning kallas elastisk deformation.

Deformera en metall förbi dess flyktpunkt och du orsakar rörelsen av redan befintliga linjefel som kallas dislokationer, som bidrar till den permanenta deformationen. Dislokationerna rör sig genom kristallgitteret, skapa fler dislokationer när de går och trassla ihop varandra. Rörelsen med dessa dislokationer resulterar i permanent plastisk deformation.

Flytpunkten brukar anses vara ett diskret fenomen - det vill säga dislokationer börjar röra sig när ett material är ansträngt utöver dess flytpunkt. Dock, Ni data visar att det finns på atomnivå, irreversibla förändringar i materialets struktur så snart ett material börjar deformeras, långt innan den når sin avkastningspunkt.

"Varje materialvetare och varje lärobok i världen kommer att berätta för dig att när du deformerar något material - det kan vara en metall, trä, någon form av textil, någonting - det första som händer är elastisk deformation som genast kommer att återhämta sig, "Greer säger." Det är den mest grundläggande tron ​​som nästan varje mekanisk och materialvetenskaplig kurs bygger på. "

För att utforska vad som hände i ett material som belastades, Xiaouye tillverkade kopparpelare som är 500 nanometer breda (ett människohår är 200 gånger tjockare) och tryckt på dem med en diamantpenn.

Nålen applicerade fasta tryckmängder mindre än kopparens utbytespunkt och pendlade sedan upp och ner något.

Vad hon fann var att efter att ha utsatts för dessa svängningar, pelarna var långsamma att återgå till originalet, odeformerad form.

"Om deformationen var rent elastisk, det skulle inte hända eftersom det skulle återhämta sig omedelbart, "Säger Xiaouye.

Den tröga reaktionen visade att pelarna hade utvecklat ett inre motstånd, ett kännetecken för oelastisk deformation.

"Det Xiaouye -data visar är att från första stund börjar du deformera det, dislokationerna börjar vara aktiva, Säger Greer. Nu när vi vet hur vi ska göra detta, vi kan undersöka en mängd olika materialklasser.

Xiaouye säger att upptäckten sannolikt kommer att hitta applikationer inom många studieområden. "Du kan faktiskt använda den här signaturen för att se hur nära du är till den katastrofala felpunkten, "Säger Xiaouye. Också, för experiment med hög precision, som Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)-som upptäckte gravitationella vågor för första gången 2016-kan även nanoskala-dislokationer skapa ett ljud som det är absolut nödvändigt att förstå och ta bort.

Studien, "Granskning av mikroplasticitet i småskaliga FCC-kristaller via dynamisk mekanisk analys, "dök upp i 14 april -numret av Fysiska granskningsbrev .