Le deformazioni su nanoscala potrebbero avere un impatto sugli esperimenti ad alta precisione, come l'Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)

Uno studente laureato al Caltech ha dimostrato che i materiali possono subire deformazioni anelastiche prima di cedere, che potrebbero influenzare il design dei materiali, portando a strutture più forti e più resistenti.

Xiaouye Ni, che studia scienza dei materiali nel laboratorio di Julia R. Greer, un professore Caltech di scienza dei materiali e meccanica, ha dimostrato che i metalli subiscono una deformazione permanente anche prima dello snervamento, la soglia alla quale un materiale sottoposto a deformazione si deforma permanentemente.

Per esempio, prendi un righello di metallo e piegalo un po'. Quando ti lasci andare, tornerà alla sua forma originale. Ma se prendi lo stesso righello e lo pieghi più forte che puoi, raggiungerà un punto noto come punto di snervamento in cui rimane permanentemente piegato.

Nella scienza dei materiali, il fenomeno del cedimento è spiegato come segue:

Quando si deforma un materiale al di sotto del suo punto di snervamento, stai solo allungando temporaneamente i legami tra i suoi atomi. Non c'è alcun cambiamento permanente nella struttura a livello atomico del materiale e la deformazione è completamente recuperabile e istantanea. Questo allungamento temporaneo è chiamato deformazione elastica.

Deforma un metallo oltre il suo punto di snervamento e provochi il movimento di difetti di linea preesistenti noti come dislocazioni, che contribuiscono alla deformazione permanente. Le dislocazioni si muovono attraverso il reticolo cristallino, creando più dislocazioni mentre vanno e si aggrovigliano l'una sull'altra. Il movimento di queste dislocazioni provoca una deformazione plastica permanente.

Il punto di snervamento è generalmente considerato un fenomeno discreto, ovvero le dislocazioni iniziano a muoversi quando un materiale viene sollecitato oltre il suo punto di snervamento. Però, I dati di Ni mostrano che ci sono a livello atomico, cambiamenti irreversibili nella struttura di un materiale non appena un materiale inizia a deformarsi, molto prima che raggiunga il suo punto di snervamento.

"Ogni scienziato dei materiali e ogni libro di testo del mondo ti diranno che quando deformi un materiale, può essere un metallo, Di legno, qualsiasi tipo di tessuto, qualsiasi cosa:la prima cosa che si verifica è la deformazione elastica che si riprenderà istantaneamente, " Dice Greer. "È la convinzione fondamentale su cui si basa quasi ogni corso di scienze meccaniche e dei materiali".

Per esplorare ciò che stava accadendo in un materiale sotto sforzo, Xiaouye ha fabbricato pilastri di rame larghi 500 nanometri (un capello umano è 200 volte più spesso) e li ha premuti con uno stilo di diamante.

Lo stilo applicava quantità fisse di pressione inferiori al punto di snervamento del rame e poi oscillava leggermente su e giù.

Quello che ha scoperto è che dopo essere stata sottoposta a quelle oscillazioni, i pilastri tardavano a tornare alla loro origine, forma indeformata.

"Se la deformazione fosse puramente elastica, ciò non accadrebbe perché si riprenderebbe istantaneamente, " dice Xiaoy.

La reazione lenta ha mostrato che i pilastri avevano sviluppato una resistenza interna, un segno distintivo di deformazione anelastica.

"Quello che i dati di Xiaouye mostrano è che dal primo momento in cui inizi a deformarlo, le dislocazioni iniziano ad essere attive, " dice Greer. Ora che sappiamo come farlo, possiamo sondare una varietà di diverse classi di materiali.

Xiaouye afferma che è probabile che la scoperta trovi applicazioni in molti campi di studio. "Puoi effettivamente usare questa firma per vedere quanto sei vicino al punto di fallimento catastrofico, " dice Xiaouye. Inoltre, per esperimenti di alta precisione, come l'Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che ha rilevato le onde gravitazionali per la prima volta nel 2016, anche le dislocazioni su scala nanometrica possono creare un rumore che è indispensabile comprendere e rimuovere.

Lo studio, "Sondaggio della microplasticità nei cristalli FCC su piccola scala tramite analisi meccanica dinamica, " apparso nel numero del 14 aprile di Lettere di revisione fisica .