Teori giver gennemsigtighed til, hvordan glas går i stykker

Forskere har fået indsigt i, hvordan glas går i stykker ved at anvende brudmekanikkens teorier på eksperimenter på glas. Skøre materialer, såsom glas, går i stykker ved at gå i stykker, når de udsættes for kræfter eller belastninger. Holdet skabte den første højhastigheds- og tidsopløste rekord af brud på nanoskala, der forekommer i glasfibre, når de går i stykker.

Forskerne brugte 3D røntgentomografi ved Argonnes Advanced Photon Source (APS) til at lave en 3D "video" af brudprocesserne i glas. Eksperimentet, udført ved APS's beamline 32-ID, kombinerer ultrahøj rumlig opløsning ved hjælp af hårde røntgenstråler med sub-mikrosekunders tidsopløsning ved brug af højhastighedstomografi for første gang, hvilket muliggør ny indsigt i materialers deformation og brudmekanismer.

Resultaterne viser den stærke indflydelse af nanoskala fejl og defekter på brudadfærden. Desuden viser målingerne vigtigheden af ​​et amorft lag i nanoskala med lavere tæthed omkring glasfibrene på skadesprocesserne. Resultaterne har direkte implikationer for svigt af sprøde materialer i mange tekniske applikationer, såsom elektroniske enheder, letvægts byggematerialer og beskyttelsesglas.

"Brukken af ​​glas er et fænomen i flere skalaer, der involverer både nano- og mikroskopiske brudtræk, der forekommer på forskellige tids- og længdeskalaer, hvilket gør karakterisering og forståelse af mekanismerne til en udfordrende opgave," siger Robert Ritchie, professor ved Institut for Materialevidenskab og Engineering.

"Det, der gør disse resultater så spændende, er ikke kun skønheden ved de observerede fænomener," siger Argonnes Weonho Yang, "men også at den observerede frakturadfærd i høj grad kan forklares teoretisk. Dette forståelsesniveau er nyt på området. "