Неоднородная мягкость тел позволяет создавать более мягкие аморфные материалы

Ученые из Токийского столичного университета создали новую модель неупорядоченных материалов, чтобы изучить, как аморфные материалы сопротивляются нагрузкам. Они представили группы атомов и молекул в виде сфер с разной степенью мягкости.

Подвергнув модель нагрузке, они обнаружили неожиданные различия между более твердыми областями и местами концентрации сил, причем области между такими областями «затвердевали», образуя вытянутые „силовые цепи“. Полученные результаты позволяют по-новому взглянуть на разработку более совершенных материалов.

Когда речь идет о создании твердых материалов, недостаточно просто использовать твердые ингредиенты. Например, когда бетон разрушается во время землетрясений, возникающие силы концентрируются в определенных местах, что приводит к образованию трещин. Известно, что передача сил через аморфные твердые тела, такие как бетон и цемент, происходит по четко определенным путям, известным как «силовые цепи». Расшифровка этих цепочек поможет понять, как такие твердые тела ведут себя под нагрузкой, но пока неизвестно, как они возникают и как связаны со свойствами материала.

Это вдохновило группу исследователей из Токийского столичного университета под руководством профессора Рея Куриты на создание простых и легкодоступных моделей аморфных материалов, которые могли бы научить нас тому, как формируются силовые цепочки. Вместо того чтобы просто моделировать движение всех атомов в материале, они решили представить группы атомов сферами с различной жесткостью, отражающими реакцию этих групп на силы. Исследуемые материалы характеризовались тем, насколько сильно варьировалась жесткость в пространстве и насколько широким был спектр твердых и мягких областей.

Деформируя массив хлюпающих частиц, ученые сначала выясняли, коррелирует ли локальная жесткость с передачей силы по цепи. Изначально казалось, что существует четкая корреляция между более жесткими областями и силовыми цепями. Однако дальнейший анализ показал, что силовые цепи по своей форме больше похожи на струны и не так хорошо коррелируют с изолированными жесткими участками. Чтобы понять это несоответствие, команда исследовала более простую модель из двух жестких областей, разделенных более мягкой областью, и обнаружила, что более мягкая область становится плотнее, создавая большие силы, необходимые для поддержания цепочки. Это первый взгляд на фундаментальную механику того, как соединяются силовые цепи.

Но как эти вариации влияют на свойства материала? Оказалось, что большие вариации мягкости и более широкие области «мягкое/твердое» приводят к неизменно более мягким материалам, как и большие вариации локальной плотности. Можно сделать вывод, что даже при одинаковых строительных блоках аморфные материалы с более равномерной жесткостью дают более твердый материал за счет более равномерного распределения силовых цепей.

Хотя возникновение вариаций жесткости в реальных материалах остается неизученным, команда надеется, что их новая модель и механизм проложат путь к разработке принципов создания более совершенных материалов.

Результаты опубликованы в издании Scientific Reports.

04.05.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
APA: Молодые сотрудники чаще остальных страдают на работе от одиночества
APA: Молодые сотрудники чаще остальных страдают на работе от одиночества
Front. Aging Neurosci: Поведение в новом пространстве может подсветить деменцию
Front. Aging Neurosci: Поведение в новом пространстве может подсветить деменцию
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
С расстройствами пищевого поведения можно бороться силой мысли
С расстройствами пищевого поведения можно бороться силой мысли
Диспаритет женских и мужских карьер в STEM связан с женской мнительностью
Диспаритет женских и мужских карьер в STEM связан с женской мнительностью
Телескоп Уэбб снял столкновение астероидов в соседней звездной системе
Телескоп Уэбб снял столкновение астероидов в соседней звездной системе
EHJ-CI: Нарушенный кровоток может повредить стенку расширенной аорты
EHJ-CI: Нарушенный кровоток может повредить стенку расширенной аорты
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Journal of Experimental Psychology: General: Мы переоцениваем пользу неудачи
Journal of Experimental Psychology: General: Мы переоцениваем пользу неудачи
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным

Новости компаний, релизы

Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Астрономы СПбГУ узнали возраст одного из самых мощных метеорных потоков
Исследования ученых ТПУ помогут в разработке таргетных препаратов для эффективной терапии в онкологии
Зоологи выявили тенденцию к увеличению числа защитных роговых элементов на панцире морских черепах на острове Шри-Ланка
Российские ученые нашли способ повысить урожайность подсолнечника на 43% с помощью нового серосодержащего удобрения