Her er et tip:Indrykket cement viser unikke egenskaber

Forskere fra Rice University har fastslået, at uanset hvor stort eller lille et stykke tobermorit er, det vil reagere på belastningskræfter på præcis samme måde. Men at stikke det med et skarpt punkt vil ændre dets styrke.

Tobermorit er en naturligt forekommende krystallinsk analog til calcium-silikat-hydratet (C-S-H), der udgør cement, som igen binder beton, verdens mest anvendte materiale. En form for tobermorit brugt af gamle romere menes at være en nøgle til den legendariske styrke i deres undervandsbetonstrukturer.

Det fint lagdelte materiale vil deformeres på forskellige måder afhængigt af hvordan standardkræfter - forskydning, kompression og spænding - anvendes, men deformationen vil være konsistent blandt prøvestørrelser, ifølge rismaterialeforsker Rouzbeh Shahsavari. Han foretog undersøgelsen, som vises i Natur er åben adgang Videnskabelige rapporter , med hovedforfatter og kandidatstuderende Lei Tao.

Til deres seneste undersøgelse, Shahsavari og Tao byggede molekylære dynamiske modeller af materialet. Deres simuleringer afslørede tre centrale molekylære mekanismer ved arbejde i tobermorit, der sandsynligvis også er ansvarlige for styrken af ​​C-S-H og andre lagdelte materialer. Den ene er en forskydningsmekanisme, hvor atomer under stress bevæger sig kollektivt, mens de forsøger at blive i ligevægt. En anden er en diffusiv mekanisme, hvor atomer bevæger sig mere kaotisk. De fandt ud af, at materialet bedst bevarer sin strukturelle integritet under forskydning, og i mindre grad under tryk og derefter belastning.

Mere interessant for forskerne var den tredje mekanisme, hvorved bindinger mellem lagene blev dannet, når man pressede et nanoindenter ind i materialet. En nanoindenter er en enhed (simuleret i dette tilfælde), der bruges til at teste hårdheden af ​​meget små mængder materialer. Den høje stress ved indrykningspunktet foranledigede lokale fasetransformationer, hvor materialets krystallinske struktur deformerede og skabte stærke bindinger mellem lagene, et fænomen, der ikke observeres under standardkræfter. Bindelsens styrke afhængede af både mængden af ​​kraft og, i modsætning til makroskala stressorer, spidsens størrelse.

"Der er betydelig stress lige under den lille spids af nanoindenteret, "Sagde Shahsavari." Det forbinder de nærliggende lag. Når du har fjernet spidsen, strukturen går ikke tilbage til den oprindelige konfiguration. Det er vigtigt:Disse transformationer er irreversible.

"Udover at give grundlæggende forståelse for centrale deformationsmekanismer, dette arbejde afdækker systemets sande mekaniske reaktion under små lokaliserede (kontra konventionelle) belastninger, såsom nanoindentation, "sagde han." Hvis ændring af spidsstørrelsen (og dermed den interne topologi) kommer til at ændre mekanikken - f.eks. gøre materialet stærkere - så kan man bruge denne funktion til bedre at designe systemet til bestemte lokaliserede belastninger. "

Shahsavari er adjunkt i civil- og miljøteknik og materialevidenskab og nanoengineering.