Ooit afgevraagd, tijdens het cruisen op 36, 000 voet boven de Atlantische Oceaan, wat zou er gebeuren als een stuk satelliet, asteroïde, of ander puin in aanvaring gekomen met uw vliegtuig?

Dynamische breuk is de fragmentatie van een materiaal als gevolg van stress, zoals tijdens een botsing. Dit is belangrijk voor het afschermen van puin van materialen die in vliegtuigen worden gebruikt, ruimtevaartuig, satellieten, kernreactoren en bepantsering, evenals in algemene techniek en productie.

Tot nu, de dynamische breuk van materialen is alleen waargenomen met behulp van bulk-schaaltechnieken, zoals het meten van fragmentsnelheden of het forensisch onderzoeken van monsters. Dynamische breuken op atomaire schaal konden alleen worden bestudeerd met behulp van computersimulaties, omdat het groottebereik dat met experimentele technieken in materialen kon worden waargenomen, te smal was. Echter, dit is veranderd dankzij een nieuwe techniek die is gerapporteerd door een team onder leiding van de Osaka University voor het direct observeren van dynamische breuken in metalen.

De onderzoekers hebben een laserpomp en röntgensonde gebruikt om beweging te detecteren, zoals rekken en strekken, in de atomaire structuur van tantaal onder hoge spanning. specifiek, een laser produceert een schok in een dun stukje tantaal, een metaal dat in legeringen wordt gebruikt om hun sterkte en corrosieweerstand te vergroten. De röntgensonde meet vervolgens de afstand van atomen aan de andere kant van het tantaal. Deze techniek is extreem gevoelig voor atomen nabij het oppervlak, welke het meest geassocieerd zijn met oppervlakteschade.

"De evolutie van roostervervorming geassocieerd met de ultrasnelle breuk in tantaal wordt gegeven door een tijdreeks van röntgendiffractiepatronen, " legt Dr. Bruno Albertazzi uit. "Deze vervorming toont ons het geschokte deel van het tantaal, die extreem klein is, maar de schok gaat met bijna vijf kilometer per seconde door het tantaal." Het zou daarom geen verrassing moeten zijn dat de kracht van het tantaal in het gedrang komt. De metingen, uitgevoerd in het Spring-8 synchrotroncomplex in Japan, tonen een afname in de afstand tussen tantaalatomen vlak voor breuk. Het team valideert hun waarnemingen door een nauwe overeenkomst met computersimulaties aan te tonen.

Deze techniek kan worden gebruikt om scheuren op hoge snelheid en andere stressgerelateerde effecten te onderzoeken. "Deze methode overbrugt de kloof in het begrip van de relatie tussen atomaire structuur en materiaaleigenschappen, ", zegt universitair hoofddocent Norimasa Ozaki. Beweging in de atomaire structuur van een materiaal onder stress kan nu in realtime worden waargenomen, en een belangrijke materiaaleigenschap - de spanning die nodig is voor breuk - kan worden bepaald. Deze kennis komt ten goede aan het ontwerp en de fabricage van apparatuur en technologieën waarbij weerstand tegen impact van het grootste belang is.