Niedawno Instytut Mechaniki Chińskiej Akademii Nauk nawiązał współpracę z badaczami w kraju i za granicą, aby poczynić nowe postępy w przeciwdziałaniu starzeniu się materiałów szklanych i po raz pierwszy eksperymentalnie zrealizował niezwykle młodą strukturę typowego szkła metalicznego w ultraszybką skalę czasu.Powiązane wyniki zatytułowano Ultraszybkie, ekstremalne odmładzanie szkieł metalicznych poprzez kompresję uderzeniową, opublikowane w Science Advances (Science Advances 5: eaaw6249 (2019)).
Metastabilny materiał szklany ma tendencję do samoistnego starzenia się do stanu równowagi termodynamicznej, a jednocześnie towarzyszy mu pogorszenie właściwości materiału.Jednak poprzez doprowadzenie energii zewnętrznej starzejący się materiał szklany może odmłodzić strukturę (odmłodzenie).Ten proces przeciwdziałający starzeniu z jednej strony przyczynia się do podstawowego zrozumienia złożonego dynamicznego zachowania szkła, z drugiej strony sprzyja także inżynieryjnemu zastosowaniu materiałów szklanych.W ostatnich latach dla metalicznych materiałów szklanych o szerokich perspektywach zastosowań zaproponowano szereg metod odmładzania strukturalnego opartych na odkształceniach nieafinicznych, w celu skutecznej kontroli właściwości mechanicznych i fizycznych materiałów.Jednak wszystkie dotychczasowe metody odmładzania działają przy niższym poziomie stresu i wymagają odpowiednio długiej skali czasu, a co za tym idzie, mają duże ograniczenia.
Badacze, wykorzystując technologię uderzenia płyt z dwoma celami, stosowaną w urządzeniu z pistoletem na gaz lekki, zdali sobie sprawę, że typowe szkło metaliczne na bazie cyrkonu szybko odmładza się do wysokiego poziomu w ciągu około 365 nanosekund (jedna milionowa czasu potrzebnego człowiekowi na mrugnięcie okiem). oko).Entalpia jest bardzo nieuporządkowana.Wyzwaniem związanym z tą technologią jest zastosowanie kilku pojedynczych impulsów ładowania na poziomie GPa i przejściowego automatycznego rozładowywania szkła metalicznego, aby uniknąć dynamicznych uszkodzeń materiałów, takich jak pasma ścinania i spalacja;jednocześnie kontrolując prędkość uderzenia ulotki, metal. Szybkie odmładzanie szkła „zamarza” na różnych poziomach.
Naukowcy przeprowadzili kompleksowe badania ultraszybkiego procesu odmładzania szkła metalicznego z punktu widzenia termodynamiki, struktury wieloskalowej i dynamiki fononów „Bose Peak”, ujawniając, że odmładzanie struktury szkła odbywa się za pomocą klastrów w skali nano.Swobodna objętość indukowana przez tryb „przejścia ścinającego”.W oparciu o ten mechanizm fizyczny zdefiniowano bezwymiarową liczbę Deborah, która wyjaśnia możliwość skali czasowej ultraszybkiego odmładzania szkła metalicznego.Prace te zwiększyły skalę czasową odmładzania metalicznych konstrukcji szklanych o co najmniej 10 rzędów wielkości, rozszerzyły pola zastosowań tego typu materiału i pogłębiły wiedzę ludzi na temat ultraszybkiej dynamiki szkła.
Czas publikacji: 06 grudnia 2021 r