Eventyr i faserum:Forenet kort på plastik og elastiske glas

Briller er en gåde blandt faste faser. Som krystallinske faste stoffer er de hårde, men i modsætning til krystaller er de amorfe på molekylskalaen. På grund af denne strukturelle lidelse, hvert glas stykke er teknisk set ude af ligevægt, og enestående. Som resultat, dets egenskaber afhænger ikke kun af dets kemiske ingredienser, men om hvordan det blev afkølet.

Deres amorfe gør det vanskeligt at beskrive briller med en generel model. Nu, imidlertid, et team ledet af Osaka University har brugt simuleringer til at forbinde glødning (afkøling eller komprimering) af et glas med dets mekaniske reaktion på belastning. I særdeleshed, deres undersøgelse - offentliggjort i Videnskab fremskridt - fokuseret på to nøgletal for solid adfærd, elasticitet og plasticitet.

Når deformeres af forskydningsbelastning, et "elastisk" faststof vender tilbage til sin oprindelige form, efter at stammen er frigivet. Plast, i modsætning, permanent bevarer deres nye form. Denne kontrast mellem "reversible" og "irreversible" ændringer har betydning for, hvordan materialer reagerer på mekaniske kræfter - i kroppen, i tekniske applikationer, og endda i den geologiske skala.

"Vi modellerede tæt samling af kolloider - en type amorft fast stof - lavet af hårde kugler, "siger studieforfatter Hajime Yoshino." Sfærerne repræsenterer ikke rigtige molekyler, men de viser jo, om sådanne tætte glas er elastiske. Vi simulerede, hvordan de reagerede på forskydning og normale belastninger. Vores store supercomputere kortlagde fuldstændig stamme-fasediagrammerne for glasformere for første gang, at udforske deres reologi. "

Hvert glas viste fire grundlæggende tendenser. Under små belastninger var de perfekt elastiske. Ved højere belastninger blev de delvist plastik, undlod at genoprette den oprindelige tilstand, da deformationen delvist blev løftet. Til sidst står de over for en af ​​de to modsatte skæbner ved større belastninger:total fiasko ved brud (giver) at frigive stress, eller fuldstændig stop ved at sætte sig fast (blive overbelastet). Området mellem udbytte og fastklemning på fasediagrammet defineret, hvor det originale glas forblev stabilt.

"Vi kan forstå svarene som de af stabile, delvis stabile og ustabile glas, "forklarer hovedforfatter Yuliang Jin." Interessant nok, størrelsen af ​​det faste område-og dets stabile delzone-afhænger af, hvor godt glasset blev glødet. Bedre glødede glas har større chancer for at sidde fast under forskydning. Vores arbejde er det første til at demonstrere, at et glas endelige skæbne under forskydningsbelastning enten kan give efter eller sidde fast. "

Kondenseret blødt stof findes i hele teknologien og naturen - f.eks. i skum, emulsioner og biologiske væv. Fordi sådan kondenseret blødt stof, som glas, er amorf, en dybere forståelse af, hvordan man skræddersyr glasets egenskaber, kan have større indflydelse på materialedesign.