Niedawne badanie ujawnia, w jaki sposób powstają i rozprzestrzeniają się pęknięcia w miękkich materiałach, torując drogę do tworzenia trwalszych, pozbawionych defektów materiałów przynoszących znaczne korzyści dla środowiska, pod przewodnictwem międzynarodowego zespołu badawczego kierowanego przez Politecnico di Milano. Źródło: Politechnika w Mediolanie
Nowe badania odsłoniły mechanizmy pękania w miękkich materiałach, co doprowadziło do potencjalnego postępu w tworzeniu trwałych, pozbawionych defektów materiałów zapewniających szerokie korzyści w różnych gałęziach przemysłu i pozytywny wpływ na środowisko.
Przełomowa teoria odsłoniła mechanizmy fizyczne stojące za pęknięciami w miękkich materiałach. To rewolucyjne odkrycie gwarantuje opracowanie pozbawionych defektów materiałów o zwiększonej odporności i trwałości, przyczyniając się do zrównoważonego rozwoju środowiska. Wyniki badań opublikowano niedawno w Listy z przeglądu fizycznego.
„Ujawniliśmy, że pękanie rozchodzi się od swobodnej powierzchni materiału, zaczynając od niestabilności sprężystej, która łamie symetrię obiektu. Następnie pęknięcie drastycznie się rozszerza, tworząc skomplikowaną sieć pęknięć rozprzestrzeniających się niczym zjawisko turbulencji podobne do tego, które obserwujemy w płynach, na przykład podczas tworzenia się wiru” – wyjaśnia Pasquale Ciarletta z laboratorium MOX na Wydziale Matematyki Politechniki w Mediolanie.
Implikacje dla różnych branż
Odkrycie to stymuluje znaczące zastosowania w różnych sektorach technologicznych. Na przykład przy produkcji mikro i nano urządzeń, gdzie materiały muszą być wyjątkowo odporne i wolne od wad. Zrozumienie, w jaki sposób powstają pęknięcia, może pomóc w projektowaniu bardziej wytrzymałych i trwałych materiałów. W branży elektroniki użytkowej może to doprowadzić do powstania urządzeń takich jak smartfony, tablety i laptopy z ekranami, które lepiej wytrzymują wstrząsy i upadki, zmniejszając w ten sposób częstotliwość napraw i wymian. W sektorze medycznym wszczepialne urządzenia, takie jak rozruszniki serca i protezy, mogłyby skorzystać z bezpieczniejszych i trwalszych materiałów, co znacząco poprawiłoby zdrowie pacjentów.
W przemyśle lotniczym zrozumienie pęknięć materiałów i zapobieganie im może prowadzić do powstania solidniejszych i niezawodnych konstrukcji, zmniejszając ryzyko związane z podróżami kosmicznymi i lotniczymi. „Wyniki tych badań nie tylko torują drogę do przyszłych badań mających na celu opracowanie materiałów o niespotykanych dotąd właściwościach mechanicznych, ale także mają pozytywny wpływ na środowisko, zmniejszając potrzebę częstej wymiany produktów i zmniejszając ilość odpadów. Może to przyczynić się do bardziej zrównoważonej produkcji i efektywniejszego wykorzystania zasobów naturalnych” – podsumowuje Davide Riccobelli z Wydziału Matematyki Politechniki w Mediolanie.
Odniesienie: „Elastyczna niestabilność za kruchym pękaniem” autorstwa D. Riccobelli, P. Ciarletta, G. Vitale, C. Maurini i L. Truskinovsky, 13 czerwca 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.248202
Badanie zostało przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców, kierowany na Politecnico di Milano przez Davide Riccobelli i Pasquale Ciarletta, we współpracy z Sorbonne Université, École Polytechnique i ESPCI w Paryżu, wykazując, że współpraca międzynarodowa w dalszym ciągu odgrywa kluczową rolę we wspieraniu rozwoju granice materiałoznawstwa.
