ГДЕ И ПОЧЕМУ РОЖДАЮТСЯ ТРЕЩИНЫ В МАТЕРИАЛАХ?
Дефекты трещин в материалах ответственны по сути за все - от работающих со сбоями микрочипов до землетрясений. Теперь инженеры Массачусетского Технологического Института разработали модель, которая позволяет предсказать само место рождения дефекта, его начальные особенности и как он начнет развиваться по всему материалу.
Модель особенно полезна в сфере нанотехнологий. "Поскольку устройства становятся все меньше и меньше, выявление источника образования дефекта и его дальнейший рост становится все более важным", сказал Субра Суреш, руководитель Отдела Исследования и Проектирования Материалов. По-видимому, крохотная деструкция - местный беспорядок в четкой структуре атомов материала - или трещина, может решительно поставить под угрозу в работе высокоточного электронного устройства.
"Было проведено много исследований над дефектами в материалах, но никто до сих пор не объяснял, как трещина или пустота впервые образуется вокруг ядра. Эта работа - первый шаг к ответу на этот вопрос", сказал Суреш, автор статьи, которая была опубликована в недавнем выпуске журнала Nature.
Модель, описанная Сурешом, обеспечивает возможность прогнозирования дальнейшего распространения трещины. Этот подход может использоваться не только для предсказания образование дефектов между атомами, но также и для прогнозов в сейсмологии, для определения распространения трещин в земной коре, - явление предшествующее землетрясениям.
В упомянутой статье исследователи также описывают, как дефекты в атомах, подобно трещине или неупорядочностям структуры, могут развиться от волн. Это походит на жизнь бабочки, переходящей различные стадии жизненного цикла.
Мир заполнен невидимыми волнами, типа звуковых волн, путешествующих через воздух или проникающих сквозь наше тело. Однако при некоторых условиях волна может стать непостоянной. Оттуда дефект может получить распространение вокруг ядра слабого места и развиваться в четыре стадии.
Сначала, амплитуда волны возрастает. Медленно волна делается круче, подобно тому, что случается с океанскими волнами, когда они приближаются к берегу. В третьей стадии часть волны становится настолько крутой, что она больше не может быть описана в континууме графика роста. Она переходит на уровень атомарного воздействия и влияет на физическое положение атомов. Это уже четвертая стадия, когда ударная взрывная волна попадает в ловушку на уровне атомарной структуры, и ей некуда распространяться, кроме как выплескивать энергию на столкновение атомов из молекулярной решетки, что и приводит к дефектам.
Исследователи подчеркивают, что их модель не была получена внезапно и не родилась как идея, а базируется на многих годах теории и бесчисленных экспериментов. Кроме того, "мы теперь имеем экспериментальные и вычислительные инструменты, которые еще совсем недавно просто не существовали", сказал Суреш. Такие инструменты включают использование мыльного пузыря в качестве атомарной модели структуры металла, чтобы визуализировать образование дефекта в нем (см. http://web.mit.edu/newsoffice/nr/2001/bubbles.html), и эксперименты на металлических поверхностях проводников с использованием оборудования NanoMechanical Technology Laboratory DMSE.
|
