_ Varietate în moliciunea blocului de construcție face materiale amorfe mai moi

Oamenii de știință de la Universitatea Metropolitană din Tokyo au creat un nou model pentru materialele dezordonate pentru a studia modul în care materialele amorfe rezistă la stres. Ei au tratat grupuri de atomi și molecule ca sfere spongioase cu o moliciune diferită.

Punându-și modelul sub o sarcină, ei au descoperit diferențe neașteptate între regiunile mai dure și unde erau concentrate forțele, zonele dintre aceste regiuni „întărindu-se” pentru a produce „lanțuri de forță” alungite. Descoperirile lor, care apar în Rapoartele științifice, promit noi perspective în proiectarea materialelor mai bune.

Când vine vorba de construcția de materiale dure, utilizarea ingredientelor dure nu este suficientă. De exemplu, atunci când betonul cedează în timpul cutremurelor, forțele care sunt generate se concentrează în anumite locuri, provocând formarea de fisuri. Se știe că transmiterea forțelor prin solide amorfe, cum ar fi betonul și cimentul, urmează căi bine definite cunoscute sub denumirea de „lanțuri de forță”.

Descifrarea modului în care apar ele ar duce la înțelegerea modului în care astfel de solide se comportă sub stres. , dar nu se știe încă cum apar și cum se leagă de proprietățile materialelor.

Acest lucru a inspirat o echipă de cercetători de la Universitatea Metropolitană din Tokyo, condusă de profesorul Rei Kurita, să construiască modele simple și manevrabile ale materialelor amorfe. care ne-ar putea învăța cum se formează lanțurile de forță. În loc să simuleze pur și simplu mișcarea tuturor atomilor dintr-un material, ei au decis să reprezinte grupuri de atomi cu sfere de rigiditate variabilă, reflectând modul în care acele grupuri răspund la forțe.

Materialele pe care le-au studiat au fost apoi caracterizate prin modul în care de mult au variat rigiditățile în spațiu și cât de largi erau modelele regiunilor dure și moi.

Deformându-și gama de particule spongioase, ei au căutat mai întâi dacă rigiditatea locală este corelată cu transmisia lanțului de forță. Inițial, părea că există o corelație clară între regiunile mai dure și lanțurile de forță. Cu toate acestea, o analiză ulterioară dezvăluie că lanțurile de forță sunt mai asemănătoare formei lor și nu se corelează la fel de bine cu regiunile dure izolate.

Pentru a înțelege această discrepanță, echipa a studiat un model mai simplu de două rigide. regiuni separate de o regiune mai moale, constatând că regiunea mai moale devine mai densă, generând forțele mari necesare pentru a menține lanțul. Aceasta este o primă privire asupra mecanicii fundamentale a modului în care lanțurile de forță se conectează.

Dar cum afectează aceste variații proprietățile materialului? Se dovedește că variațiile mai mari ale moliciune și regiunile moi/dure mai largi duc ambele la materiale constant mai moi, la fel ca și variații mai mari ale densității locale. Concluzia pe care o putem trage este că, chiar și cu aceleași blocuri de construcție, materialele amorfe cu o rigiditate mai uniformă dau un material mai dur datorită distribuției mai uniforme a lanțurilor de forță.

În timp ce apariția variațiilor de rigiditate în real materialele rămân neexplorate, echipa speră că noul lor model și mecanism să deschidă calea pentru ca principiile de design să creeze materiale mai bune.

(Fluierul)