Foreslået ingeniørmetode kunne bidrage til at gøre bygninger og broer sikrere

perletisk stål, eller perlit, er et af de stærkeste materialer i verden, og kan laves til lange, tynde ledninger. Styrken af ​​perlit gør det muligt at understøtte meget tung vægt, og den har den unikke evne til at strække og trække sig sammen uden at gå i stykker (duktilitet). Duktilitet er vigtig for at bygge broer, fordi selv meget stærke materialer kan gå i stykker, når de udsættes for strækning, hvis de ikke er formbare nok. Det er grunden til, at strukturer lavet af beton stadig kan kollapse under voldsomme jordskælv. Pearlite bruges til hængebroer for at hjælpe dem med at modstå kraftige rystelser, mens de understøtter tung vægt.

Pearlite er lavet af vekslende nanolag af cementit og ferrit. Cementitten gør den stærk, mens ferritten gør den duktil. Imidlertid, indtil nu, forskere vidste ikke præcis, hvordan de to arbejdede sammen for at give perlit dens særlige kvalitet, eller hvordan man styrer deres dynamik for at konstruere et endnu bedre materiale. Forskere ved Kanazawa University har opdaget, at forstyrrelser, eller dislokationer, i arrangementet af atomer langs grænsefladen mellem et cementit- og et ferritlag beskytter cementitten mod brud under strækning eller kompression. Deres undersøgelse blev offentliggjort i sidste måned i tidsskriftet Acta Materialia .

"Afstanden mellem dislokationer på en cementit-ferrit-grænseflade bestemmer, hvordan deformation bevæger sig gennem nanolagene, " siger forfatterne. "Manipulation af dislokationsstrukturen og afstanden mellem dislokationer kan kontrollere duktiliteten af ​​perlit."

Forskerne brugte computersimuleringer til at se, hvordan en perlittråd ville deformeres med dislokationer af forskellige orienteringer og forskellige afstande mellem dem langs ferrit-cementit-grænsefladen. De fandt ud af, at særlige dislokationsstrukturer og afstande kunne forhindre revner i at danne eller sprede sig gennem cementitlaget.

"At øge duktiliteten af ​​perlit betyder, at den kan modstå mere forskydningsspænding uden at gå i stykker eller rives i stykker, "siger forfatterne. Dette kan føre til en ny generation af materialer til konstruktion af bygninger og broer, der kan modstå stærkere jordskælv.

Forskerne mener, at manipulation af dislokationer bestående af hele klynger af atomer kan være en generel teknik til at forbedre ikke kun duktilitet, men andre egenskaber af materialer for at opfylde særlige ingeniør- og konstruktionsbehov.