Tehnika prasketanja posluša nanotrese v materialih – svet fizike

Nova mikroskopska tehnika za merjenje "pokajočega hrupa" na nanometru bi lahko imela široko paleto aplikacij, od pomoči raziskovalcem pri boljšem razumevanju šibkih točk v kovinah do raziskovanja bioloških struktur, kot so ledvični kamni, tako da jih je mogoče uničiti brez potrebe po večji operaciji.

Ko je material izpostavljen obremenitvi ali deformaciji, sproži vrsto atomskih procesov, ki lahko spremenijo gladko gibanje, kot je preprosto stiskanje, v zaporedje sunkovitih. Rezultat je pojav, znan kot prasketanje, ki zveni precej kot škripajoča vrata, vendar se pojavlja v plazovitih kaskadah, ki segajo na več lestvic velikosti in sledijo univerzalnim zakonom moči.

"Tipični primer je, ko stiskanje povzroči razpoke, ki ne napredujejo v preprosti liniji, ampak kažejo zapletene vzorce z veliko vejami, kot v blisku strele," pojasnjuje. Ekhard Šalje, fizik trdne snovi na University of Cambridge, UK, ki je vodil novo študijo z Jan Seidel od Univerza New South Wales (UNSW) v Avstraliji. "Ko je veliko razpok, se material zmehča in lahko celo razpade."

Prasketanje so najprej preučevali pri magnetnih materialih, kjer je znan kot Barkhausenov hrup po nemškem fiziku, ki ga je odkril leta 1919. Zdaj se uporablja v znanosti o materialih za raziskovanje kovin in zlitin; v geofiziki za preučevanje potresov; in v fiziki trdne snovi za razvoj pomnilniških naprav v železovih materialih, kot je BaTiO₃. "Vsakič, ko se spomin aktivira, sproži plaz," pojasnjuje Salje. "Ta plaz je raziskovalcem pomagal ugotoviti, kateri materiali so dobri za naprave, kot je preklapljanje pomnilnika."

Opazovanje celotnega spektra prasketanja

V novem delu so člani ekipe Cambridge-UNSW uporabili tehniko, ki temelji na nanoindentaciji mikroskopije z atomsko silo (AFM). Sondo AFM so izjemno počasi – v obdobju več ur – vstavili v vzorec, ki so ga proučevali. To počasno vstavljanje je pomembno, ker če se sonda premika prehitro, bo celo najsodobnejša elektronska oprema zajela preveč prekrivajočih se signalov in tako opazila neprekinjen proces namesto posameznih sunkov, pravi Salje. To prekrivanje otežuje prepoznavanje posameznih signalov prasketanja.

Zahvaljujoč njihovemu potrpežljivemu pristopu je ekipa lahko prvič opazovala celoten spekter prasketanja in ga povezala s specifičnimi oblikami snežnega plazu.

Po mnenju raziskovalcev bi lahko tehnika imela več uporab. Ti vključujejo raziskovanje posebnih zlitin za letalska krila; preučevanje korozije v kovinah za identifikacijo šibkih točk, kjer se kovina zlomi na atomskem merilu; in testiranje izvedljivosti novih 3D tiskanih materialov. Salje pravi, da ga še posebej zanima preučevanje bioloških materialov, kot so kosti in zobje, ki oddajajo prasketanje. Drug pomemben projekt, z Bolnišnica Addenbrooks v Cambridgeu, je preučevanje prasketanja pri ledvičnih kamnih.

Škljocanje, prasketanje in zajezitev: napihnjen riž daje vpogled v zrušitev skalnega nasutja in ledene police

"Lahko si predstavljamo izdelavo cevke z iglo na koncu in testiranje ledvičnih kamnov," pojasnjuje Salje. "To bi nam pomagalo ugotoviti, kako jih uničiti od zunaj, pri čemer bi morali uporabiti bolj invazivno operacijo."

Seidel dodaja, da on in njegovi kolegi na UNSW načrtujejo uporabo tehnike za preučevanje topoloških napak v različnih funkcionalnih materialih. "Preučili bomo tudi, kako izboljšati sam pristop merjenja z uporabo sistema AFM," razkriva. »Trenutno iščem novega doktorskega študenta, ki bi nadaljeval to delo, saj je glavni avtor tega dela, ki je objavljeno v Nature Communications, pred kratkim diplomiral iz moje skupine.«

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/crackling-noise-technique-listens-to-nanoquakes-in-materials/