Nedostaci materijala ne dovode uvek do kolapsa. Ponekad ih mogu učiniti jačima.
Kao što možete zamisliti, za naučnike je važno da znaju šta će to biti. Sada je nova studija pružila vitalni uvid u razlike praćenjem brzine kojom male pukotine mogu da putuju.
Istraživači iz nekoliko međunarodnih institucija uspeli su da snime linearne defekte – ili dislokacije – koji putuju brže od brzine zvuka kroz dijamant; otkrića koja bi trebalo da se odnose i na druge važne materijale, poboljšavajući modele na svemu, od zemljotresa do aviona.
„Do sada niko nije mogao direktno da izmeri koliko se brzo ove dislokacije šire kroz materijale“, kaže naučnica o materijalima Leora Dresselhaus-Marais sa Univerziteta Stanford.
Dresselhaus-Marais i njene kolege su koristile intenzivan laser za pokretanje udarnih talasa kroz sićušne kristale sintetičkog dijamanta, prateći rezultujuće deformacije sve do milijarditih delova sekunde pomoću rendgenskog lasera sa slobodnim elektronima.
Početni talas kroz materijal je elastičan, sa atomima koji se vraćaju na svoje mesto dok prolazi. Drugi je plastični talas, gde se šare atoma u dijamantu trajno pomeraju. Ove dislokacije uzrokuju takozvane greške slaganja, gde se slojevi kristalne rešetke ne postavljaju onako kako bi trebalo.
Kada se dislokacije sretnu, one mogu ili privući ili odbijati jedna drugu, što zauzvrat može stvoriti više dislokacija. Razumevanje ovih interakcija i brzine ovih interakcija je ključno u otkrivanju kako će materijali reagovati na stres.
„Ako strukturni materijal pokvari katastrofalnije nego što je iko očekivao zbog visoke stope kvara, to nije tako dobro“, kaže naučnik o materijalima Kento Katagiri sa Univerziteta u Osaki u Japanu. „Moramo da naučimo više o ovoj vrsti katastrofalnog neuspeha.
Postoje zapravo dve vrste zvučnih talasa koji putuju kroz čvrsta tela: sporiji poprečni zvučni talasi, nastali otporom materijala, i brži uzdužni talasi koji su slični onima koji se kreću kroz vazduh.
Eksperimenti sugerišu da se dislokacije šire kroz dijamant brže od poprečnih zvučnih talasa. Sledeći korak je pokretanje testova da bi se videlo da li mogu da pobede uzdužne zvučne talase, za koje će biti potrebni još intenzivniji laserski impulsi.
Poznavanje svega ovoga je od velike pomoći za naučnike koji pokušavaju da izračunaju kako bi materijali mogli da reaguju pod intenzivnim silama. Do sada su defekti brži od zvuka bili samo teoretski modelirani.
„Razumevanje gornje granice pokretljivosti dislokacija u kristalima je od suštinskog značaja za precizno modeliranje, predviđanje i kontrolu mehaničkih svojstava materijala u ekstremnim uslovima“, pišu istraživači u svom objavljenom radu.
