ความก้าวหน้าใหม่ในการวิจัยการต่อต้านริ้วรอยของวัสดุแก้ว

เมื่อเร็วๆ นี้ สถาบันกลศาสตร์แห่ง Chinese Academy of Sciences ได้ร่วมมือกับนักวิจัยทั้งในและต่างประเทศเพื่อสร้างความก้าวหน้าครั้งใหม่ในการต่อต้านริ้วรอยของวัสดุแก้ว และเป็นครั้งแรกที่ได้ทดลองตระหนักถึงโครงสร้างที่อ่อนเยาว์อย่างยิ่งของกระจกโลหะทั่วไปใน มาตราส่วนเวลาที่รวดเร็วเป็นพิเศษ ผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องมีชื่อว่า Ultrafast extreme rejuvenation of metal glass by shock Compression ซึ่งตีพิมพ์ใน Science Advances (Science Advances 5: eaaw6249 (2019))

วัสดุแก้วที่แพร่กระจายได้มีแนวโน้มที่จะเกิดความชราตามธรรมชาติในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ และในขณะเดียวกัน ก็มาพร้อมกับการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติของวัสดุด้วย อย่างไรก็ตาม ด้วยการป้อนพลังงานจากภายนอก วัสดุแก้วที่เสื่อมสภาพสามารถฟื้นฟูโครงสร้างได้ (การฟื้นฟู) ในด้านหนึ่งกระบวนการต่อต้านริ้วรอยนี้มีส่วนช่วยให้เกิดความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับพฤติกรรมไดนามิกที่ซับซ้อนของแก้ว ในทางกลับกัน ยังเอื้อต่อการประยุกต์ใช้วัสดุแก้วทางวิศวกรรมอีกด้วย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สำหรับวัสดุแก้วโลหะที่มีแนวโน้มการใช้งานในวงกว้าง มีการเสนอวิธีการฟื้นฟูโครงสร้างหลายชุดโดยอาศัยการเปลี่ยนรูปแบบไม่สัมพันธ์กัน เพื่อควบคุมคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม วิธีการฟื้นฟูก่อนหน้านี้ทั้งหมดทำงานในระดับความเครียดที่ต่ำกว่าและต้องใช้เวลายาวนานพอสมควร ดังนั้นจึงมีข้อจำกัดอย่างมาก

นักวิจัยที่ใช้เทคโนโลยีการกระแทกด้วยเพลทเป้าหมายคู่ของอุปกรณ์ปืนแก๊สเบา พบว่ากระจกโลหะที่มีเซอร์โคเนียมทั่วไปจะฟื้นคืนสภาพสู่ระดับสูงได้อย่างรวดเร็วในเวลาประมาณ 365 นาโนวินาที (หนึ่งในล้านของเวลาที่บุคคลต้องกระพริบตาและกระพริบตา) ดวงตา). เอนทาลปีมีความผิดปกติอย่างมาก ความท้าทายของเทคโนโลยีนี้คือการใช้การโหลดแบบพัลส์เดี่ยวระดับ GPa และการขนถ่ายอัตโนมัติชั่วคราวหลายระดับกับกระจกโลหะ เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวแบบไดนามิกของวัสดุ เช่น แถบแรงเฉือนและการแตกเป็นเสี่ยง ในเวลาเดียวกันโดยการควบคุมความเร็วการกระแทกของใบปลิวโลหะการคืนสภาพอย่างรวดเร็วของกระจกจะ “แข็งตัว” ในระดับต่างๆ

นักวิจัยได้ทำการศึกษาที่ครอบคลุมเกี่ยวกับกระบวนการคืนความอ่อนเยาว์อย่างรวดเร็วเป็นพิเศษของกระจกโลหะจากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ โครงสร้างหลายสเกล และโฟนอนไดนามิกส์ "Bose Peak" ซึ่งเผยให้เห็นว่าการฟื้นฟูโครงสร้างกระจกนั้นมาจากกระจุกขนาดนาโน ปริมาตรอิสระที่เกิดจากโหมด "การเปลี่ยนผ่านแรงเฉือน" จากกลไกทางกายภาพนี้ มีการกำหนดหมายเลขเดโบราห์ไร้มิติ ซึ่งอธิบายความเป็นไปได้ของมาตราส่วนเวลาในการฟื้นฟูกระจกโลหะอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ งานนี้ได้เพิ่มระยะเวลาในการฟื้นฟูโครงสร้างกระจกโลหะอย่างน้อย 10 ลำดับความสำคัญ ขยายขอบเขตการใช้งานของวัสดุประเภทนี้ และทำให้ผู้คนมีความเข้าใจลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับไดนามิกที่เร็วมากของกระจก