پیشرفت جدید در تحقیقات ضد پیری مواد شیشه ای

اخیراً مؤسسه مکانیک آکادمی علوم چین با محققان داخلی و خارجی همکاری کرده است تا پیشرفت های جدیدی در زمینه ضد پیری مواد شیشه ای ایجاد کند و برای اولین بار به طور تجربی ساختار بسیار جوان یک شیشه فلزی معمولی را درک کرده است. یک مقیاس زمانی فوق العاده سریع نتایج مرتبط با عنوان جوانسازی فوق العاده سریع شیشه های فلزی با فشرده سازی ضربه ای است که در Science Advances منتشر شده است (Science Advances 5: eaaw6249 (2019)).

ماده شیشه ای متمایل به پیری خودبخودی به حالت تعادل ترمودینامیکی دارد و در عین حال با زوال خواص مواد همراه است. با این حال، از طریق ورودی انرژی خارجی، مواد شیشه ای پیر می توانند ساختار را جوان کنند (جوان سازی). این فرآیند ضد پیری از یک سو به درک اساسی رفتار دینامیکی پیچیده شیشه کمک می کند، از سوی دیگر برای کاربرد مهندسی مواد شیشه ای نیز مفید است. در سال‌های اخیر، برای مواد شیشه‌ای فلزی با چشم‌انداز کاربرد وسیع، یک سری روش‌های جوان‌سازی ساختاری مبتنی بر تغییر شکل غیر آفین به منظور کنترل مؤثر خواص مکانیکی و فیزیکی مواد پیشنهاد شده‌اند. با این حال، تمام روش‌های جوان‌سازی قبلی در سطوح پایین‌تر استرس کار می‌کنند و به مقیاس زمانی کافی طولانی نیاز دارند و بنابراین محدودیت‌های زیادی دارند.

محققان بر اساس فن‌آوری برخورد با صفحه هدف دوگانه دستگاه تفنگ گاز سبک، دریافتند که شیشه‌های فلزی معمولی مبتنی بر زیرکونیوم به سرعت در حدود ۳۶۵ نانوثانیه (یک میلیونم زمانی که برای پلک زدن یک فرد طول می‌کشد، به سطح بالایی جوان می‌شوند. چشم). آنتالپی به شدت مختل است. چالش این فناوری اعمال چندین بارگیری تک پالس در سطح GPa و تخلیه خودکار گذرا بر روی شیشه های فلزی است تا از شکست دینامیکی مواد مانند نوارهای برشی و پوسته پوسته شدن جلوگیری شود. در عین حال، با کنترل سرعت ضربه فلایر، فلز جوانسازی سریع شیشه در سطوح مختلف «یخ می‌زند».

محققان یک مطالعه جامع بر روی فرآیند جوان‌سازی فوق‌العاده سریع شیشه‌های فلزی از منظر ترمودینامیک، ساختار چند مقیاسی و دینامیک فونون "اوج بوز" انجام داده‌اند که نشان می‌دهد جوان‌سازی ساختار شیشه‌ای از خوشه‌های مقیاس نانو حاصل می‌شود. حجم آزاد ناشی از حالت "انتقال برشی". بر اساس این مکانیسم فیزیکی، یک عدد دبورا بدون بعد تعریف شده است که امکان مقیاس زمانی جوان‌سازی فوق سریع شیشه‌های فلزی را توضیح می‌دهد. این کار مقیاس زمانی جوان‌سازی ساختارهای شیشه‌ای فلزی را حداقل تا 10 مرتبه افزایش داده، زمینه‌های کاربرد این نوع مواد را گسترش داده و درک مردم از دینامیک فوق سریع شیشه را عمیق‌تر کرده است.