Kraakgeluidtechniek luistert naar nanobevingen in materialen – Physics World

Een nieuwe microscopietechniek om ‘krakend geluid’ op nanoschaal te meten zou een breed scala aan toepassingen kunnen hebben, van het helpen van onderzoekers om zwakke plekken in metalen beter te begrijpen tot het onderzoeken van biologische structuren zoals nierstenen, zodat ze kunnen worden vernietigd zonder dat een grote operatie nodig is.

Wanneer een materiaal onder spanning of spanning wordt gezet, veroorzaakt het een reeks atomaire processen die een vloeiende beweging, zoals een eenvoudige compressie, kunnen veranderen in een reeks schokkerige bewegingen. Het resultaat is een fenomeen dat bekend staat als knetterend geluid, dat eerder klinkt als een krakende deur, maar optreedt in lawine-achtige cascades die zich over vele schaalniveaus uitstrekken en universele machtswetten volgen.

“Een typisch geval is wanneer een compressie scheuren veroorzaakt die niet in een eenvoudige lijn verlopen, maar complexe patronen met veel vertakkingen vertonen, zoals bij een bliksemflits”, legt hij uit. Ekhard Salje, een vastestoffysicus aan de University of Cambridge, VK, die samen met hen het nieuwe onderzoek leidde Jan Seidel van de University of New South Wales (UNSW) in Australië. “Als er veel scheuren zijn, wordt het materiaal zachter en kan het zelfs uiteenvallen.”

Knetterende ruis werd voor het eerst bestudeerd in magnetische materialen, waar het bekend staat als Barkhausen-ruis, naar de Duitse natuurkundige die het in 1919 ontdekte. Het wordt nu in de materiaalkunde gebruikt om metalen en legeringen te onderzoeken; in de geofysica om aardbevingen te bestuderen; en in de vaste-stoffysica om geheugenapparaten te ontwikkelen in ferro-materialen zoals BaTiO₃. “Elke keer dat het geheugen wordt geactiveerd, veroorzaakt het een lawine”, legt Salje uit. “Deze lawine hielp onderzoekers identificeren welke materialen goed waren voor apparaten zoals geheugenwisselen.”

Het volledige spectrum van knetterend geluid observeren

In het nieuwe werk gebruikten leden van het Cambridge-UNSW-team een ​​techniek gebaseerd op nano-indentatie van atomaire krachtmicroscopie (AFM). Ze brachten de AFM-sonde extreem langzaam – gedurende een periode van vele uren – in het onderzochte monster. Deze langzame invoeging is belangrijk omdat als de sonde te snel beweegt, zelfs de modernste elektronische apparatuur te veel overlappende signalen zal oppikken en dus een continu proces zal zien in plaats van individuele schokken, zegt Salje. Deze overlap maakt het moeilijk om individuele krakende ruissignalen te identificeren.

Dankzij hun geduldige aanpak kon het team voor het eerst het volledige spectrum van knetterend geluid observeren en in verband brengen met specifieke vormen van lawines.

Volgens de onderzoekers zou de techniek verschillende toepassingen kunnen hebben. Deze omvatten het onderzoeken van speciale legeringen voor vliegtuigvleugels; het bestuderen van corrosie in metalen om zwakke plekken te identificeren waar het metaal breekt op atomaire schaal; en het testen van de levensvatbaarheid van nieuwe 3D-geprinte materialen. Salje zegt dat hij vooral geïnteresseerd is in het bestuderen van biologische materialen zoals botten en tanden, die allebei een knetterend geluid voortbrengen. Nog een belangrijk project, met de Addenbrooks-ziekenhuis in Cambridge, is om het knetterende geluid in nierstenen te bestuderen.

Breken, knetteren en dammen: gepofte rijst geeft inzicht in het opvullen van gesteenten en het instorten van ijsplaten

“We kunnen ons voorstellen dat je een buisje bouwt met een naald aan het uiteinde en nierstenen test”, legt Salje uit. “Dit zou ons helpen erachter te komen hoe we ze van buitenaf kunnen vernietigen, zonder onze toevlucht te moeten nemen tot meer invasieve chirurgie.”

Seidel voegt eraan toe dat hij en zijn collega's bij de UNSW van plan zijn de techniek te gebruiken om topologische defecten in verschillende functionele materialen te bestuderen. “We gaan ook kijken hoe we de meetaanpak zelf kunnen verbeteren met behulp van een AFM-systeem”, onthult hij. “Op dit moment ben ik op zoek naar een nieuwe PhD-student om dit werk voort te zetten, aangezien de hoofdauteur van dit werk, dat is gepubliceerd in Nature Communications, onlangs afgestudeerd aan mijn groep.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/crackling-noise-technique-listens-to-nanoquakes-in-materials/