Hemmeligheden bag forbedring af flydende krystals mekaniske ydeevne

Ved bevidst at afbryde rækkefølgen af ​​materialer - ved at indføre forskellige atomer i metal eller nanopartikler i flydende krystaller - kan vi fremkalde nye kvaliteter. For eksempel, metalliske legeringer som duralumin, som består af 95% aluminium og 5% kobber, er normalt hårdere end de rene metaller. Dette skyldes et elastisk samspil mellem krystallernes defekter, kaldes dislokationer, og de opløste atomer, som danner det, der kaldes Cottrell -skyer omkring dem. I sådanne skyer, koncentrationen af ​​opløste atomer er højere end middelkoncentrationen i materialet.

I et papir udgivet i EPJ E , Patrick Oswald fra École Normale Supérieure i Lyon, Frankrig, og Lubor Lejček fra det tjekkiske videnskabsakademi har nu teoretisk beregnet de statiske og dynamiske egenskaber ved Cottrell -skyerne, som dannes omkring kantforskydninger i lamellære flydende krystaller af den smektiske En sort dekoreret med nanopartikler. Dette arbejde kan være vigtigt, for eksempel, i forbindelse med forbedring af smøreevnen for sådanne flydende krystaller.

Cottrell -skyerne er svære at studere i faste materialer, og endnu mere, når dislokationerne er i bevægelse. Dette er ikke tilfældet i en smektisk A flydende krystaller dopet med guldnanopartikler, hvor Cottrell -skyerne er synlige under et simpelt optisk mikroskop. Ud over, densiteten af ​​dislokationer kan kontrolleres eksperimentelt i disse materialer, gør det muligt at måle dislokationsmobiliteten direkte. Et nylig forsøg viste, at det falder, når koncentrationen af ​​nanonopartikler stiger. Dette fører til en hærdning af materialet, meget lig det, der observeres i metalliske legeringer.

Når dislokationerne bevæger sig langsomt, Cottrell -skyerne af nanopartikler trækkes af dislokationerne, hvilket nedsætter deres mobilitet. I dette studie, forfatterne demonstrerer en formel, der tidligere blev brugt til at tilnærme mobiliteten af ​​forskydninger i nærvær af Cottrell -skyer. De udfører derefter en numerisk simulering af problemet for at undersøge, hvordan Cottrell -skyen eroderer, når forskydningen bevæger sig med høj hastighed.