I ricercatori hanno acquisito conoscenze su come il vetro si rompe applicando le teorie della meccanica della frattura agli esperimenti sul vetro. I materiali fragili, come il vetro, si rompono fratturandosi quando sono sottoposti a forze o sollecitazioni. Il team ha creato la prima registrazione ad alta velocità e risolta nel tempo delle fratture su scala nanometrica che si verificano nelle fibre di vetro mentre si rompono.
Gli scienziati hanno utilizzato la tomografia a raggi X 3D presso l’Advanced Photon Source (APS) di Argonne per creare un “video” 3D dei processi di frattura nel vetro. L'esperimento, condotto presso la linea di luce 32-ID dell'APS, combina una risoluzione spaziale ultraelevata utilizzando raggi X duri con una risoluzione temporale inferiore al microsecondo utilizzando per la prima volta la tomografia ad alta velocità, consentendo così nuove conoscenze sui meccanismi di deformazione e frattura dei materiali.
I risultati dimostrano la forte influenza dei difetti e dei difetti su scala nanometrica sul comportamento alla frattura. Inoltre, le misurazioni mostrano l'importanza di uno strato amorfo su scala nanometrica di minore densità attorno alle fibre di vetro sui processi di danneggiamento. I risultati hanno implicazioni dirette per il cedimento di materiali fragili in molte applicazioni ingegneristiche, come dispositivi elettronici, materiali da costruzione leggeri e vetro protettivo.
"La frattura del vetro è un fenomeno multiscala che coinvolge caratteristiche di frattura sia nano che microscopiche che si verificano su scale temporali e di lunghezza diverse, il che rende la caratterizzazione e la comprensione dei meccanismi un compito impegnativo", afferma Robert Ritchie, professore presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria.
"Ciò che rende questi risultati così entusiasmanti non è solo la bellezza dei fenomeni osservati", afferma Weonho Yang di Argonne, "ma anche il fatto che il comportamento della frattura osservato può essere spiegato in larga misura teoricamente. Questo livello di comprensione è nuovo nel campo. "
