Forståelse af den grundlæggende karakter af atomare skala defekter

Materialeforskere studerer metaller, polymerer, og andre stoffer på atomniveau for at finde nye måder at kontrollere et materiales fysiske egenskaber på, såsom hvor stærk eller hvor formbar den er. Et nøgleaspekt af denne undersøgelseslinje er en bedre forståelse af, hvordan et materiales atomer er rumligt arrangeret - de fleste metaller, for eksempel, består af atomer, der er arrangeret i et gitterlignende mønster, der regelmæssigt gentager sig.

Mens alle atomerne i et stykke metal kan have det samme overordnede mønster, forskellige områder af materialet kan have mønstret i forskellige orienteringer. Disse regioner, eller "korn, "er som firkanter i et patchwork quilt lavet helt af det samme mønstrede stof, men hvor hver firkant er drejet 90 grader fra sine naboer. At forstå, hvor disse forskellige korn kommer i kontakt med hinanden, kaldet korngrænser, er afgørende for materialeforskere, da det er her defekter, korrosioner, eller der er mest sandsynlighed for, at der opstår skade. Ud over, det er også vigtigt at vide, hvor hurtigt korn bevæger sig forbi hinanden, når for eksempel, et materiale er sat under tryk, fordi korngrænsedynamikken dikterer, hvordan man potentielt kan gennemsyre et materiale med en specifik egenskab.

Et team af ingeniører hos Penn har for nylig offentliggjort forskning, der giver en dybere matematisk forståelse af, hvilke faktorer der styrer dynamikken i korngrænser. Ved hjælp af molekylære simuleringer og statistiske modeller, de "demonstrerer den grundlæggende natur" af korngrænsemobilitet. At være i stand til at relatere adfærden af ​​korngrænser til eksterne kræfter kan hjælpe ingeniører med at bestemme, hvilke af de to endepunkter, der skal målrettes, når de søger at gennemsyre materialer med unikke eller ønskede egenskaber.

Deres arbejde blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .