Onderzoekers hebben inzicht gekregen in hoe glas breekt door de theorieën van breukmechanica toe te passen op experimenten met glas. Broze materialen, zoals glas, breken door breuk wanneer ze worden blootgesteld aan krachten of spanningen. Het team creëerde het eerste snelle en in de tijd opgeloste record van breuken op nanoschaal die optreden in glasvezels terwijl ze breken.

De wetenschappers gebruikten 3D-röntgentomografie bij Argonne's Advanced Photon Source (APS) om een ​​3D-"video" te maken van de breukprocessen in glas. Het experiment, uitgevoerd op de bundellijn 32-ID van de APS, combineert voor het eerst een ultrahoge ruimtelijke resolutie met behulp van harde röntgenstralen met een tijdsresolutie van minder dan een microseconde met behulp van hogesnelheidstomografie, waardoor nieuwe inzichten in de vervormings- en breukmechanismen van materialen mogelijk worden.

De resultaten tonen de sterke invloed aan van fouten en defecten op nanoschaal op het breukgedrag. Bovendien laten de metingen het belang zien van een amorfe laag op nanoschaal met een lagere dichtheid rond de glasvezels op de schadeprocessen. De bevindingen hebben directe gevolgen voor het falen van brosse materialen in veel technische toepassingen, zoals elektronische apparaten, lichtgewicht bouwmaterialen en beschermend glas.

"De breuk van glas is een fenomeen op meerdere schaalniveaus waarbij zowel nano- als microscopische breukkenmerken optreden die zich op verschillende tijds- en lengteschalen voordoen, wat het karakteriseren en begrijpen van de mechanismen een uitdagende taak maakt", zegt Robert Ritchie, hoogleraar aan de afdeling Materiaalwetenschappen en Engineering.

‘Wat deze resultaten zo spannend maakt, is niet alleen de schoonheid van de waargenomen verschijnselen’, zegt Weonho Yang van Argonne, ‘maar ook dat het waargenomen breukgedrag voor een groot deel theoretisch kan worden verklaard. Dit niveau van begrip is nieuw in het veld. "