Todo material puede doblarse y romperse. A través de casi un siglo de investigación, los científicos han tenido una buena comprensión de cómo y por qué. Pero, según los nuevos hallazgos de los investigadores de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad de Drexel, nuestra comprensión de cómo los materiales en capasFaltaba sucumbir a tensiones y tensiones. El informe sugiere que, cuando se comprimen, los materiales estratificados, desde rocas sedimentarias hasta grafito más fino que el bigote, formarán una serie de hebillas internas u ondulaciones a medida que se deforman.
El hallazgo fue publicado en la revista Informes científicos por un equipo de investigadores de la Facultad de Ingeniería de Drexel, dirigido por Michel W. Barsoum, PhD, profesor distinguido y jefe del Grupo de Investigación MAX / MXene, junto con Garritt J. Tucker, PhD, profesor asistente y Mitra Taheri, PhD, profesor asociado de Hoeganaes, todos en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
"La teoría de la dislocación, en la que el micromecanismo de deformación operativa es un defecto conocido como dislocación, está muy bien establecida y ha sido espectacularmente exitosa en nuestra comprensión de la deformación de los metales", dijo Tucker. "Pero nunca realmente tuvo en cuenta con precisiónpara la formación de ondas y bandas de pliegue observadas en la mayoría de los sólidos en capas "
Barsoum había observado este último fenómeno durante sus estudios de materiales en capas, como las fases MAX, la mica y el grafito. Entonces, cuando un artículo publicado, a principios de 2015, por un grupo del Instituto de Tecnología de Massachusetts sugirió un nuevo micromecanismo de deformación:mejor descrito como una ondulación a escala atómica, que ocurre cerca de la superficie de los materiales en capas, se dio cuenta de que el defecto, denominado "desplazamiento", tenía implicaciones mucho más amplias.
"El trabajo del MIT mostró que si bien el resultado final del movimiento de las dislocaciones y las riplocaciones es el mismo: una capa atómica se mueve en relación con otra, su física era claramente diferente y, por lo tanto, eran entidades totalmente y fundamentalmente diferentes", dijo Barsoum.
De acuerdo con la teoría de la dislocación, cuando los planos de materiales sólidos en capas se cargan y descargan de borde, rebotan y regresan a su forma original, si es un material elástico, o se sangrará permanentemente.
El comportamiento de desplazamiento explica la tercera opción observada, que es el material que vuelve a su forma original mientras disipa cantidades considerables de energía.
El último efecto fue etiquetado como "elasticidad no lineal de enroscamiento" por Barsoum hace aproximadamente una década, porque implicaba la formación de bandas de enroscamiento - hebillas permanentes en las capas. Cuando se sugirió la rotura, todo encajó para Barsoum, que había sidotrabajando hacia una explicación del comportamiento elástico no lineal dentro de las restricciones de la teoría de la dislocación.
Con este nuevo paradigma en mente, el equipo de Barsoum se propuso demostrar que existe la ubicación por extracción, no solo en las capas cercanas a la superficie de los materiales 2D, como lo sugiere el documento del MIT, sino en las capas internas más gruesas - "a granel" -- materiales en capas también. A través de un examen cuidadoso de los modelos de computadora - en los que las capas atómicas grafíticas estaban comprimidas, los investigadores vieron que la deformación era de hecho consistente con el efecto de ondulación a nivel atómico.
"Realizamos simulaciones atomísticas en una muestra masiva de grafito, porque es un material en capas que se ha estudiado bastante y se utiliza en varias aplicaciones donde se carga", dijo Jacob Gruber, un candidato a doctorado enla Facultad de Ingeniería y primer autor del artículo. "Al restringir los bordes de la muestra al comprimir el material, observamos la nucleación y el movimiento de una multitud de rotaciones que se autoensamblan en límites de deformación. La observación es significativa porque estos sonel mismo tipo de bandas retorcidas que están en todas partes en formaciones geológicas y sólidos en capas que se han deformado ".
De acuerdo con Tucker, este confinamiento del material es clave para el comportamiento de desplazamiento y casi siempre está presente en la naturaleza cuando los materiales están bajo tensión, ya sea en plantas de energía o en tectónica de placas.
"Lo interesante de enroscar la elasticidad no lineal es que es una función fuerte de confinamiento", dijo Tucker. "Tome una baraja de cartas. Si intenta empujar un lápiz paralelo a las cartas, sin restringirlas, la barajasimplemente divídalos en dos pilas más pequeñas. Sin embargo, si aplica presión perpendicular a la baraja de cartas, confinándolas, entonces el lápiz dejará una marca de sangría a medida que las capas cercanas a la superficie se abrochan debajo de la punta del lápiz ".
Para ver mejor el comportamiento en el laboratorio, los investigadores examinaron muestras de una cerámica en capas conocida como fase MAX, en la que las capas se cargaron con un penetrador esférico.
"Cuando obtuvimos imágenes de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución de los defectos que se formaron como resultado de la deformación, no solo pudimos demostrar que no eran dislocaciones, sino que, lo que es más importante, también fueron consistentes con cómo se verían las rotaciones", Dijo Taheri." Ahora tenemos evidencia de un nuevo defecto en los sólidos; en otras palabras, hemos duplicado los micromecanismos de deformación conocidos ".
De acuerdo con Barsoum, la colocación de rip y su papel en la deformación de los sólidos en capas es un hallazgo científico importante porque se aplica a la mayoría de los materiales en capas, incluidas, posiblemente, formaciones geológicas.
"Hay muchos sólidos en capas, tanto en la naturaleza como en el entorno construido, que son tecnológicamente importantes, por lo que es esencial comprender su comportamiento", dijo Barsoum. "Este nuevo hallazgo requerirá que reexaminemos hallazgos pasados y reinterpretemos resultados parala fecha se explicó incorrectamente utilizando la teoría de la dislocación "
Barsoum planea trabajar a través de muchos de sus documentos de la fase MAX seminal, así como examinar nuevos materiales a través de la lente de la ubicación por extracción.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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