物理科技生物学-PHYICA

在微米级金属中探测到的最小地震

化学 2024-04-17 00:02:03

埃特沃斯·罗兰大学 在微米尺度上,金属的变形性质发生了深刻的变化:由于各种尺寸的随机应变爆发,大块材料的平滑和连续行为经常变得不稳定

信贷:彼得·杜桑·伊斯帕诺维特和达维德·乌吉 在微米尺度上,金属的变形性质发生了深刻的变化:由于各种尺寸的随机应变爆发,大块材料的平滑和连续行为经常变得不稳定

这种现象的原因是由于外部载荷导致的晶格位错(是导致晶体材料不可逆变形的线状晶体缺陷)的复杂的间歇性重新分布,这也是变形时形成不均匀的台阶状表面的原因

为了更详细地研究这一现象,布达佩斯etvs loránd大学、布拉格Charles大学和圣艾蒂安矿业学院的研究小组开发了一个高度敏感的微机械平台,在微米级支柱变形期间,可以检测到样本发出的微弱弹性波

在扫描电子显微镜中对这种锌单晶微柱进行的压缩实验证实,这些所谓的声信号确实发生在应变爆发期间,因此,这个实验第一次使我们实际上听到了“位错的声音”

" 声学信号以2∶1的速率被采样

5 MHz因此,它们提供了关于位错动力学的极其详细的信息

研究人员进行的深入统计分析显示,应变爆发呈现出两级结构:迄今为止被视为单一塑性滑动的现象,实际上是微秒-毫秒时间尺度上几个相关事件的结果

这种现象的原因是由于外部载荷导致晶格位错(其是导致晶体材料不可逆变形的线状晶体缺陷)复杂的间歇性重新分布,这也是变形时形成不均匀的阶梯状表面的原因

信贷:彼得·杜桑·伊斯帕诺维特和达维德·乌吉 实验最令人惊讶的结果是,尽管金属和构造板块的变形机制有根本的不同,但这一过程被发现完全类似于地震

试件发出的声信号遵循地震学中为主震和余震建立的基本经验定律,如古腾堡-里克特定律和大森定律

“这些结果预计将产生重大的技术影响,因为我们首次能够观察到声学信号和发出这些信号的塑料事件之间的直接联系,”埃维斯·罗兰大学助理教授兼微观力学和多尺度建模研究小组负责人彼得·杜桑·伊斯帕诺维蒂说

“由于声发射测量是技术应用中监测和定位材料失效的常用方法,通过提供关于潜在物理学的全新信息,我们的结果有望促进该技术的进一步发展

" 锌微柱的压缩

另外,超声声信号被转换到可听域,以更好地说明声事件和应变突发之间的相关性

鸣谢:埃特沃斯·罗兰大学(ELTE),理学院 戴维·乌吉博士

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Ispánovity小组的学生和该出版物的通讯作者补充说,“这些实验相当复杂,因为人们必须将纳米精密操作工具与极其敏感的声学传感器结合起来,所有这些都在扫描电子显微镜的真空室中进行

据我们所知,这种测量目前只能在我们的实验室进行,”这位年轻的研究人员补充道

该方法还可以用于研究其他类型的变形机制,如孪晶或断裂,因此发表在《自然通讯》上的结果有望为材料的微观力学性能研究开辟新的前景

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