«В стекле локальная пластическая деформация обычно приводит к немедленному разрушению», — сказал Сет Имхофф, ученый-материаловед Национальной лаборатории Лос-Аламоса. «Обычно металлические сплавы застывают в виде набора кристаллов, в которых атомы выстраиваются в очень специфические узоры. В специально разработанных металлических сплавах в твердом теле может сохраняться аморфное или случайное расположение атомов, что может позволить нам адаптировать широкий спектр ряд свойств, таких как способность сильно сгибаться и возвращаться на место ".А для ученых настройка характеристик сдвига таких материалов, как стекло, имеет важные применения далеко за пределами спортивного мира, это вопрос более широкого воздействия, помогая таким областям, как космическая наука, электрические трансформаторы, чехлы для мобильных телефонов и, да, клюшки для гольфа, потому что их механические и магнитные свойства легко регулируются.Международная группа ученых из Университета Висконсин-Мэдисон, Национальной лаборатории Лос-Аламоса, Автономного университета Барселоны в Испании и Университета Тохоку в Японии надеется, что их открытия приведут к созданию стекла, которое будет как прочнее, так и пластичнее.
Металлическое стекло пластически деформируется за счет образования так называемых полос сдвига. Полосы сдвига могут возникать в макроскопических масштабах в гранулированных материалах, например, во время лавины или оползня, но в стекле полосы обычно имеют ширину 10-20 нанометров (примерно в 3000 раз тоньше человеческого волоса!).В своей статье «Зарождение полос сдвига в аморфных сплавах», опубликованной на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, эти исследователи рассматривают инициирование событий полос сдвига, чтобы лучше понять, как контролировать механические свойства этих материалы.Как только образуется полоса сдвига, она очень быстро перемещается по материалу и может привести к поломке.
Следовательно, сила в конечном итоге контролируется тем, как и когда они формируются; поэтому полосатость сдвига называется «событием, контролируемым зародышеобразованием». Конечная цель состоит в том, чтобы понять поведение зарождения или начального образования полосы сдвига, чтобы можно было разработать лучшие свойства.«Мы использовали экспериментальную технику, называемую наноиндентированием, чтобы многократно опробовать первоначальное образование полос сдвига», — сказал Имхофф. «При наноиндентировании используется крошечная игла очень точной формы, чтобы надавить на поверхность образца очень контролируемым образом. Даже несмотря на то, что сила очень мала, крошечный кончик иглы концентрирует напряжение в очень маленькой области до тех пор, пока единственная полоса сдвига создается для того, чтобы снять часть этого напряжения ».
Повторяя этот процесс много раз, ученые отбирают множество локальных атомных структур и их конкретные критические уровни напряжения. Новое экспериментальное свидетельство, представленное в этой работе, ставит под сомнение текущее предположение только об одном типе сайта инициирования, или STZ (зона трансформации сдвига).
Идентификация нескольких типов STZ может открыть новые возможности для управления прочностью и пластичностью массивных металлических стекол… о, и, конечно же, это означает более прочные и высокопроизводительные клюшки для гольфа.Финансирование: Исследования частично финансируются Национальным научным фондом (DMR-1005334) и Управлением военно-морских исследований (N00014-12-1-0569).
Дополнительное финансирование от Grants-in-Aid-S, Global COE for Materials Science и World Premier International Research Center Initiative по атомам, молекулам и материалам, Министерство образования, культуры, спорта и науки, Япония.