Нещодавно Інститут механіки Китайської академії наук співпрацював з дослідниками в країні та за кордоном, щоб досягти нових успіхів у запобіганні старінню скляних матеріалів, і вперше експериментально реалізував надзвичайно молоду структуру типового металевого скла в надшвидка шкала часу.Відповідні результати опубліковані в Science Advances (Science Advances 5: eaaw6249 (2019)) під назвою «Надшвидке екстремальне омолодження металевих стекол шляхом ударного стиснення».
Метастабільний скломатеріал має тенденцію до спонтанного старіння до стану термодинамічної рівноваги, і водночас це супроводжується погіршенням властивостей матеріалу.Однак через введення зовнішньої енергії старіючий скляний матеріал може омолодити структуру (омолодження).Цей процес запобігання старінню, з одного боку, сприяє базовому розумінню складної динамічної поведінки скла, а з іншого боку, він також сприяє інженерному застосуванню скляних матеріалів.В останні роки для металевих скляних матеріалів із широкими перспективами застосування було запропоновано ряд методів структурного омолодження, заснованих на неафінній деформації, щоб ефективно контролювати механічні та фізичні властивості матеріалів.Однак усі попередні методи омолодження працюють при менших рівнях стресу та вимагають достатньо тривалого часу, а тому мають значні обмеження.
Дослідники, використовуючи технологію удару з подвійною цільовою пластиною пристрою легкого газового пістолета, зрозуміли, що типове металеве скло на основі цирконію швидко омолоджується до високого рівня приблизно за 365 наносекунд (одна мільйонна частина часу, необхідного людині, щоб моргнути око).Ентальпія надзвичайно невпорядкована.Завдання цієї технології полягає в застосуванні кількох одноімпульсних навантажень на рівні ГПа та перехідного автоматичного розвантаження до металевого скла, щоб уникнути динамічного руйнування матеріалів, таких як смуги зсуву та розколювання;водночас, керуючи швидкістю удару льотка, метал Швидке омолодження скла «застигає» на різних рівнях.
Дослідники провели всебічне дослідження надшвидкого процесу омолодження металевого скла з точки зору термодинаміки, багатомасштабної структури та фононної динаміки «пік Бозе», виявивши, що омолодження структури скла походить від нанорозмірних кластерів.Вільний об’єм, викликаний режимом «зсувного переходу».На основі цього фізичного механізму визначено безрозмірне число Дебори, яке пояснює можливість надшвидкого омолодження металевого скла в часовому масштабі.Ця робота збільшила шкалу часу для омолодження металевих скляних конструкцій щонайменше на 10 порядків, розширила області застосування цього типу матеріалу та поглибила розуміння надшвидкої динаміки скла.
Час публікації: 06 грудня 2021 р