Comprendre comment les ondes de choc affectent les structures est crucial pour les progrès de la recherche en science des matériaux, y compris les protocoles de sécurité et les nouvelles modifications de surface. A l'aide de sondes de diffraction des rayons X, scientifiques de l'Institute of Materials Structure Science du KEK, Tokyo de la technologie, Université de Kumamoto, et l'Université de Tsukuba a étudié la déformation d'une feuille d'aluminium polycristallin lorsqu'elle est soumise à une onde de choc laser.

Les fondements de l'ingénierie reposent sur la compréhension et la manipulation de la structure des matériaux pour exploiter leurs propriétés de manière créative. Les interactions entre les matériaux se font via l'échange de forces, il est donc essentiel de prédire la capacité d'un matériau à résister à une force et à la façon dont elle se propage pour développer des structures avec une résistance accrue.

Si une force instantanée forte agissant sur un matériau provoque une onde de choc, les atomes peuvent se déplacer ou se disloquer. Comme un élastique, si la force extérieure n'est pas trop importante, les forces internes peuvent résister et le matériau peut revenir à son état d'origine (déformation élastique). Mais au-delà d'une certaine limite, la force peut entraîner des dommages permanents ou même une défaillance structurelle (déformation plastique) du matériau.

Les cellules unitaires sont la plus petite structure atomique tridimensionnelle à répétition régulière qui reflète la symétrie globale d'un cristal, et l'étude de leur déplacement peut fournir des informations riches. Cependant, l'observation des processus à l'échelle atomique est très difficile. C'est là que la diffraction des rayons X vient à la rescousse. Imaginez une caméra qui vous permet de capturer des événements se déroulant à l'échelle atomique. Lorsqu'un rayon X rencontre un atome, il est absorbé puis réémis par l'atome. Il en résulte que l'onde est dispersée ou diffractée de manière ordonnée, en raison de la disposition ordonnée des atomes dans le cristal. Selon la taille, aménagement d'espace, et la distance entre les atomes, l'onde est diffusée dans différentes directions avec une intensité différente. Ainsi, la structure atomique est capturée sous forme de signaux, comme une photographie du cristal pendant et après le passage de l'onde de choc. Cela peut être utilisé pour décoder la déformation cristalline.

Motivé par cela, les chercheurs ont mené une expérience pour observer le processus de déformation d'une feuille d'aluminium polycristallin lorsqu'elle est soumise à une onde de choc laser. Cette perturbation a ensuite été capturée sous forme de points de diffraction d'un faisceau de rayons X qui pouvaient être simultanément comparés au diagramme de diffraction du cristal pré-choc (Fig. 1). Ils ont découvert que de gros grains d'aluminium tournaient, comprimé élastiquement, et réduit en taille le long de la direction de l'onde. Au fur et à mesure que l'onde se propageait plus profondément dans l'échantillon, les taches de diffraction lissées et élargies, et les taches de diffraction d'origine ont commencé à disparaître, remplacé par un nouveau jeu de spots (Fig. 2). "Nous avons observé un raffinement du grain et des changements structurels du métal polycristallin, qui augmentait avec la propagation de l'onde de choc provoquée par le laser. Cette, à son tour, a permis l'étude de la déformation microstructurale dans les écoulements de choc plastique du niveau atomique au niveau méso-échelle, " a déclaré le Dr Kohei Ichiyanagi de l'Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie et de l'Université médicale de Jichi.

Les recherches contemporaines sur les changements structurels post-chocs des matériaux échouent souvent à mettre en évidence le processus de dissipation des ondes et la répartition des défauts. Cette recherche change le statu quo en fournissant une méthode pour observer le raffinement du grain et les changements structurels, y compris la dureté de surface et la modification, de métal polycristallin pendant le chargement des ondes de choc. Optimiste quant au potentiel de cette recherche, Le professeur Kazutaka G. Nakamura de l'Institut de technologie de Tokyo a déclaré :"Notre technique sera précieuse pour révéler les mécanismes de changement microstructural pour divers alliages et céramiques basés sur des processus dynamiques."

Sûrement, cela montre les manières créatives dont nous pouvons étendre la portée de ce que nous pouvons voir :cette fois, c'est ainsi que les rayons X peuvent être utilisés pour capturer comment les particules sont secouées et agitées !