在鉆石中傳播的缺陷速度超過(guò)音速

材料缺陷不要總是導(dǎo)致崩潰。它們有時(shí)可以使它們變得更強(qiáng)大。

正如你所想象的那樣，對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，知道它會(huì)是什么是很重要的?，F(xiàn)在，一項(xiàng)新的研究通過(guò)跟蹤微小裂縫的傳播速度，為這些差異提供了一些重要的見(jiàn)解。

來(lái)自幾個(gè)國(guó)際機(jī)構(gòu)的研究人員能夠記錄線性缺陷——或脫位– 通過(guò)鉆石的傳播速度超過(guò)音速;研究結(jié)果也應(yīng)該適用于其他重要材料，改進(jìn)模型地震到飛機(jī)。

“到目前為止，還沒(méi)有人能夠直接測(cè)量這些位錯(cuò)在材料中傳播的速度。說(shuō)來(lái)自斯坦福大學(xué)的材料科學(xué)家Leora Dresselhaus-Marais。

Dresselhaus-Marais和她的同事使用強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)沖擊波穿過(guò)人造金剛石的微小晶體，監(jiān)測(cè)由此產(chǎn)生的變形，低至十億分之一秒。X射線自由電子激光.

穿過(guò)材料的初始波是有彈性的，原子在通過(guò)時(shí)會(huì)反彈回原位。第二種是塑性波，鉆石中原子的圖案被永久移位。這些脫位導(dǎo)致所謂的堆疊故障，其中晶格層沒(méi)有按照應(yīng)有的方式排列。

當(dāng)錯(cuò)位相遇時(shí)，它們可以相互吸引或排斥，這反過(guò)來(lái)又會(huì)造成更多的錯(cuò)位。了解這些相互作用以及這些相互作用的速度對(duì)于弄清楚材料將如何對(duì)壓力做出反應(yīng).

“如果一種結(jié)構(gòu)材料由于其高失效率而比任何人預(yù)期的災(zāi)難性失效都要嚴(yán)重，那就不是那么好了，”說(shuō)來(lái)自日本大阪大學(xué)的材料科學(xué)家片桐健人。“我們需要更多地了解這種類(lèi)型的災(zāi)難性失敗。

實(shí)際上有兩種類(lèi)型的聲波穿過(guò)固體：較慢橫向聲波，由材料阻力產(chǎn)生，并且速度更快縱波類(lèi)似于在空中移動(dòng)的那些。

實(shí)驗(yàn)表明，位錯(cuò)在金剛石中的傳播速度比橫向聲波快。下一步是進(jìn)行測(cè)試，看看它們是否能擊敗縱向聲波，這需要更強(qiáng)的聲波激光脈沖.

了解所有這些對(duì)于試圖計(jì)算材料在以下情況下可能發(fā)生的反應(yīng)的科學(xué)家來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的幫助強(qiáng)大的力量.在此之前，超音速缺陷只是在理論上建模。

“了解晶體中位錯(cuò)遷移率的上限對(duì)于在極端條件下準(zhǔn)確建模、預(yù)測(cè)和控制材料的機(jī)械性能至關(guān)重要，”研究人員寫(xiě)在他們發(fā)表的論文中。

該研究已發(fā)表在科學(xué).

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