• Home
  • Chimie
  • Astronomie
  • Énergie
  • La nature
  • Biologie
  • Physique
  • Électronique
  •  science >> Science >  >> Physique
    Mesure ultra-sensible de la déformation à l'échelle nanométrique

    Une image au microscope électronique à balayage de l'un des piliers de cuivre utilisés dans l'expérience. Crédit : Institut de technologie de Californie

    Des déformations à l'échelle nanométrique pourraient avoir un impact sur les expériences de haute précision, tels que l'Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser avancé (LIGO)

    Un étudiant diplômé de Caltech a montré que les matériaux peuvent subir une déformation inélastique avant de céder, qui pourraient impacter la conception des matériaux, conduisant à des structures plus solides et plus solides.

    Xiaouye Ni, qui étudie la science des matériaux dans le laboratoire de Julia R. Greer, un professeur Caltech de science et mécanique des matériaux, a montré que les métaux subissent une déformation permanente avant même de céder - le seuil auquel un matériau soumis à une contrainte se déforme de manière permanente.

    Par exemple, prenez une règle en métal et pliez-la un peu. Quand tu lâches prise, il reprendra sa forme d'origine. Mais si vous prenez cette même règle et la pliez aussi fort que vous le pouvez, il atteindra un point connu sous le nom de limite d'élasticité où il restera plié en permanence.

    En science des matériaux, le phénomène de fléchissement s'explique comme suit :

    Lorsque vous déformez un matériau en dessous de sa limite d'élasticité, vous ne faites qu'étirer temporairement les liens entre ses atomes. Il n'y a pas de changement permanent dans la structure au niveau atomique du matériau et la déformation est complètement récupérable et instantanée. Cet étirement temporaire est appelé déformation élastique.

    Déformer un métal au-delà de sa limite d'élasticité et vous provoquez le mouvement de défauts de ligne préexistants appelés dislocations, qui contribuent à la déformation permanente. Les dislocations se déplacent à travers le réseau cristallin, créant plus de luxations au fur et à mesure et s'emmêlent les unes aux autres. Le mouvement de ces dislocations entraîne une déformation plastique permanente.

    La limite d'élasticité est généralement considérée comme un phénomène discret, c'est-à-dire les dislocations commencent à se déplacer lorsqu'un matériau est tendu au-delà de sa limite d'élasticité. Cependant, Les données de Ni montrent qu'il existe au niveau atomique, modifications irréversibles de la structure d'un matériau dès qu'un matériau commence à se déformer, bien avant qu'il n'atteigne sa limite d'élasticité.

    "Tous les scientifiques des matériaux et tous les manuels du monde vous diront que lorsque vous déformez un matériau, il peut s'agir d'un métal, bois, tout type de textile, n'importe quoi - la première chose qui se produit est une déformation élastique qui va instantanément récupérer, " dit Greer. " C'est la croyance la plus fondamentale sur laquelle s'appuie à peu près tous les cours de mécanique et de science des matériaux. "

    Pour explorer ce qui se passait dans un matériau sous tension, Xiaouye a fabriqué des piliers en cuivre de 500 nanomètres de large (un cheveu humain est 200 fois plus épais) et les a pressés avec un stylet en diamant.

    Le stylet appliquait des quantités fixes de pression inférieures à la limite d'élasticité du cuivre, puis oscillait légèrement de haut en bas.

    Ce qu'elle a découvert, c'est qu'après avoir été soumis à ces oscillations, les piliers ont été lents à revenir à leur origine, forme non déformée.

    « Si la déformation était purement élastique, cela n'arriverait pas car il récupérerait instantanément, " dit Xiaouye.

    La réaction lente a montré que les piliers avaient développé une résistance interne, une caractéristique de déformation inélastique.

    "Ce que les données de Xiaouye montrent, c'est que dès le premier moment où vous commencez à le déformer, les luxations commencent à être actives, " dit Greer. Maintenant que nous savons comment faire cela, nous pouvons sonder une variété de différentes classes de matériaux.

    Xiaouye dit que la découverte est susceptible de trouver des applications dans de nombreux domaines d'études. "Vous pouvez réellement utiliser cette signature pour voir à quel point vous êtes proche du point de défaillance catastrophique, " dit Xiaouye. Aussi, pour des expériences de haute précision, comme l'Observatoire avancé des ondes gravitationnelles par interféromètre laser (LIGO) - qui a détecté des ondes gravitationnelles pour la première fois en 2016 - même les dislocations à l'échelle nanométrique peuvent créer un bruit qu'il est impératif de comprendre et de supprimer.

    L'étude, "Étudier la microplasticité dans les cristaux FCC à petite échelle via une analyse mécanique dynamique, " paru dans le numéro du 14 avril de Lettres d'examen physique .

    © Science https://fr.scienceaq.com