پیشرفت در آلیاژهای شیشه: استحکام و انعطاف پذیری بیشتر

the-hole-in-the-broken-glas

چه چیزی در یک باشگاه گلف و اتاق پذیرایی خانه ی شما مشترک است؟ پاسخ شیشه است. اما در مورد باشگاه گلف این یک شیشه ی بسیار خاص به نام شیشه ی فلزی است که قابلیت خم شدن زیاد و بازگشت به حالت اول خود را دارد.

نسل جدیدی از شیشه های فلزی منعطف تولید شده است که انعطاف پذیر و تقریبا نشکن است. محققان در حال توسعه ی این شیشه به سمتی هستند که بجای شکست ترد و خرد شدن به صورت الاستیک و نرم بشکند.

آیمهاف، محقق علم مواد در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، می گوید: “تغییرشکل های محلی پلاستیک در شیشه معمولا منجر به شکست فوری می شود. به طور معمول آلیاژهای فلزی به صورت مجموعه ای از کریستال ها که اتم های آن ها الگوی خاصی ایجاد می نمایند منجمد می شوند. در آلیاژهای فلزی که به صورت خاص با ترکیبی تصادفی از آرایش برخی اتم ها ساخته می شوند خواص مورد نیاز طراحان مانند خم پذیری و بازگشت به حالت اولیه قابل حصول است.”

یک تیم بین المللی از محققان دانشگاه ویسکانیسن مدیسون در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، امیدوارند که کشف آن ها منجر به تولید شیشه ای مستحکم تر و انعطاف پذیرتر گردد. برای این محققان، تغییر خواص برشی موادی مانند شیشه کاربردهایی بسیار فراتر از دنیای ورزش دارد، مانند کمک به زمینه های علوم فضایی، ترانسفورماتورهای برق، بدنه ی تلفن های همراه و غیره.

قطعه ای از شیشه ی فلزی که به دور خودش با قطر 1 میلیمتر خمش شده است.

قطعه ای از شیشه ی فلزی که به دور خودش با قطر 1 میلیمتر خم  شده است.

شیشه ی فلزی با تغییر در باندهای برشی به صورت پلاستیک تغییرشکل می دهد. باندهای برشی در مواد گرانولار (دانه ای) در مقیاس ماکروسکوپی مانند رانش زمین یا سقوط بهمن عمل کرده و موجب تغییرشکل ماده می شوند. اما این باند ها در شیشه بسیار کوچک و در حدود 10 تا 20 نانومتر است. این محققان به دنبال درک طریقه ی شروع تغییرشکل های باند برشی برای کنترل خواص مکانیکی این مواد هستند.

هنگامی که یک باند برشی تشکیل می شود، به سرعت در سراسر ماده حرکت می کند و منجر به شکست می شود. بنابراین استحکام ماده بسیار به نحوه و زمان ایجاد باند برشی وابسته است. آیمهاف می گوید: “ما از روشی آزمایشگاهی با عنوان نانودندانه گذاری (Nanoindentation) برای شبیه سازی شکل گیری باند برشی استفاده کرده ایم. نانودندانه گذاری در واقع از یک سوزن بسیار کوچک برای فشار آوردن بر روی سطح نمونه با روشی کنترل شده استفاده می کند. با اینکه نیروی اعمال شده بسیار کم است اما نوک بسیار کوچک سوزن تنش متمرکز بزرگی را به سطح ماده اعمال می کند که موجب تولید باند برشی برای رفع این تنش متمرکز می گردد.”

با تکرار این عمل محققان آرایش های اتمی محلی بسیاری را با سطح تنش بحرانی مختلف ایجاد می نمایند. شواهد تجربی جدید که در این تحقیقات گزارش شده اند فرض حاضر برای وجود تنها یک نوع منطقه ی انتقال برشی (shear transformation zone) یا STZ را به چالش می کشد. شناسایی انواع متعددی STZ ها می تواند منجر به امکان جدیدی برای کنترل خواص انعطاف پذیری شیشه های فلزی گردد.

مقاله ی منتشر شده از تحقیقات این تیم تحقیقاتی در هفته ی اخیر در Proceedings of the National Academy of Sciences به چاپ رسیده است که می توانید مقاله ی اصلی را از اینجا مشاهده کنید.

منبع: Phys.org

 

    نقد و بررسی:

    این مطلب را چگونه ارزیابی می کنید؟

    خیلی ضعیفضعیفمتوسطخوبعالی

    تعداد رأی: 2

    میانگین امتیاز: 3.5 (از 5)


    Loading ... ثبت امتیاز ...
    با دیگران به اشتراک بگذارید: