Op micrometerschaal veranderen de vervormingseigenschappen van metalen ingrijpend:het soepele en continue gedrag van bulkmaterialen wordt vaak schokkerig door willekeurige spanningsuitbarstingen van verschillende groottes. De reden voor dit fenomeen is de complexe intermitterende herverdeling van roosterdislocaties (dit zijn lijnachtige kristaldefecten die verantwoordelijk zijn voor de onomkeerbare vervorming van kristallijne materialen) als gevolg van externe belasting, wat ook de oorzaak is van de vorming van het ongelijke stapachtige oppervlak bij vervorming.

Om dit fenomeen in meer detail te bestuderen, hebben onderzoeksgroepen van de Eötvös Loránd Universiteit van Boedapest, de Charles Universiteit van Praag en de École des Mines de Saint-Étienne een zeer gevoelig micromechanisch platform ontwikkeld, waar zwakke elastische golven die door het monster worden uitgezonden, kunnen worden gedetecteerd tijdens de vervorming van pilaren op micronschaal. Compressie-experimenten uitgevoerd op dergelijke enkelkristallijne zinkmicropilaren in een scanning-elektronenmicroscoop bevestigden dat deze zogenaamde akoestische signalen inderdaad optreden tijdens spanningsuitbarstingen, dus dit experiment stelde ons in staat om voor het eerst praktisch het "geluid van dislocaties" te horen.

De akoestische signalen worden bemonsterd met een frequentie van 2,5 MHz; daarom bieden ze uiterst gedetailleerde informatie over de dynamiek van dislocaties. De diepgaande statistische analyses die door de onderzoekers werden uitgevoerd, onthulden dat spanningsuitbarstingen een structuur op twee niveaus vertonen:wat tot nu toe werd gezien als een enkele plastic slip, is in feite het resultaat van verschillende gecorreleerde gebeurtenissen op een tijdschaal van μs-ms.

De meest verrassende uitkomst van de experimenten is dat dit proces, ondanks de fundamentele verschillen tussen deformatiemechanismen van metalen en die van tektonische platen, volledig analoog bleek te zijn aan aardbevingen.

Akoestische signalen die door de teststukken werden uitgezonden, volgden fundamentele empirische wetten die zijn vastgesteld voor hoofdschokken en naschokken in de seismologie, zoals de wetten van Gutenberg-Richter en Omori.

"Deze resultaten zullen naar verwachting een hoge technologische impact hebben, aangezien we voor het eerst een direct verband konden waarnemen tussen akoestische signalen en de plastic gebeurtenissen die ze uitzonden", zegt Péter Dusán Ispánovity, assistent-professor aan de Eövös Loránd University en hoofd van de onderzoeksgroep Micromechanica en Multiscale Modeling. "Aangezien het meten van akoestische emissie een frequente methode is voor het monitoren en lokaliseren van materiaalfalen in technologische toepassingen, wordt verwacht dat onze resultaten, door fundamenteel nieuwe informatie te verstrekken over de onderliggende fysica, zullen bijdragen aan de verdere ontwikkeling van deze techniek."

David Ugi, Ph.D. student in de groep van Ispánovity en corresponderende auteur van de publicatie voegde toe dat "deze experimenten nogal complex zijn, aangezien men het nanometer-precisiemanipulatie-instrument moet koppelen aan de extreem gevoelige akoestische sensor, allemaal in de vacuümkamer van een scanning elektronenmicroscoop. Dergelijke metingen kunnen, voor zover wij weten, momenteel alleen in ons laboratorium worden uitgevoerd", voegde de jonge onderzoeker eraan toe.

De methodologie kan ook worden gebruikt om andere soorten vervormingsmechanismen te onderzoeken, zoals twinning of breuk, dus de resultaten, die werden gepubliceerd in Nature Communications, zullen naar verwachting nieuwe perspectieven openen in het onderzoek naar micromechanische eigenschappen van materialen. + Verder verkennen

Spin-sonics:akoestische golf laat de elektronen draaien