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小孔酿大祸:新研究揭示材料微小孔隙导致变形的机制

CHEN

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在包括天体物理学、材料科学和航空航天工程在内的广泛领域中,理解材料在受到强大冲击时如何变形并失效是至关重要的。不过,时至今日,空隙或微小孔隙在这个破碎过程中作用仍无法确定,这需要在十亿分之一秒的百万分之一秒内进行测量。

现在,一个英美研究小组已经使用超亮X射线首次观察到这些空隙是如何演变的,并在极端冲击的冲击下对材料造成损害。研究成果发表于《科学进展》(Science Advances)。

在实验中,研究人员用激光脉冲冲击铜样品,然后将SLAC直线加速器相干光源(LCLS)的X射线自由电子激光散射穿过材料,以跟踪其变形。从两个探测器中散射的X射线的图案中,团队能够看到冲击是如何在一个探测器中压缩然后扩展材料的原子晶格的,同时观察第二个探测器中的空隙演化。

研究人员总结称,最初的挤压封闭了材料中预先存在的空隙。当材料再次膨胀时,“随着损伤在材料中扩散,会出现越来越多成核和生长的小空隙,就像奶酪。在某一点上,它们开始结合在一起,最后形成导致最终破碎的大孔。”

研究人员还发现,这种材料的强度或抗损伤能力取决于施加和释放外部应力的速度。

这个实验的重点是演示如何使用这项技术来了解超快材料的变形。研究人员计划利用更先进的材料,在更符合现实应用的实验条件下,进行未来的实验,并称“最终目标是完全理解材料是如何失效的,这样就可以设计出能够更好地承受这些恶劣条件的新材料。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文链接:

http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abb4434


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