Forskare har fått insikter om hur glas går sönder genom att tillämpa brottmekanikens teorier på experiment på glas. Spröda material, som glas, går sönder genom att spricka när de utsätts för krafter eller påkänningar. Teamet skapade det första höghastighets- och tidsupplösta rekordet av sprickor i nanoskala som uppstår i glasfibrer när de går sönder.

Forskarna använde 3D-röntgentomografi vid Argonnes Advanced Photon Source (APS) för att skapa en 3D-"video" av sprickprocesserna i glas. Experimentet, utfört vid APS:s strållinje 32-ID, kombinerar ultrahög rumslig upplösning med hårdröntgenstrålning med tidsupplösning på under mikrosekunder med användning av höghastighetstomografi för första gången, vilket möjliggör nya insikter om deformation och brottmekanismer hos material.

Resultaten visar den starka inverkan av nanoskaliga brister och defekter på frakturbeteendet. Dessutom visar mätningarna vikten av ett amorft nanoskalalager med lägre densitet runt glasfibrerna på skadeprocesserna. Fynden har direkta implikationer för misslyckandet av spröda material i många tekniska tillämpningar, såsom elektroniska enheter, lätta byggmaterial och skyddsglas.

"Sprickningen av glas är ett fenomen i flera skalor som involverar både nano- och mikroskopiska sprickegenskaper som inträffar vid olika tids- och längdskalor, vilket gör att karakterisera och förstå mekanismerna till en utmanande uppgift", säger Robert Ritchie, professor vid institutionen för materialvetenskap och Teknik.

"Det som gör dessa resultat så spännande är inte bara skönheten i de observerade fenomenen", säger Argonnes Weonho Yang, "utan också att det observerade frakturbeteendet kan förklaras teoretiskt i stor utsträckning. Denna nivå av förståelse är ny inom området. "