Courbes contrainte-déformation de cisaillement de verres colloïdaux denses obtenues par simulations informatiques. Les configurations initiales sont créées en utilisant l'algorithme de swap, qui permet la préparation de très denses, états de verre ultra-stables. Le système est légèrement comprimé avant l'application de la contrainte de cisaillement. Crédit :Université d'Osaka
Les verres sont une énigme parmi les phases solides. Comme les solides cristallins, ils sont durs, mais contrairement aux cristaux, ils sont amorphes à l'échelle moléculaire. En raison de ce désordre structurel, chaque morceau de verre est techniquement hors d'équilibre, et uniques. Par conséquent, ses propriétés dépendent non seulement de ses ingrédients chimiques, mais sur la façon dont il a été refroidi.
Leur amorphe rend difficile la description des lunettes avec un modèle général. Maintenant, cependant, une équipe dirigée par l'université d'Osaka a utilisé des simulations pour relier le recuit (refroidissement ou compression) d'un verre à sa réponse mécanique à la déformation. En particulier, leur étude, publiée dans Avancées scientifiques - axé sur deux métriques clés d'un comportement solide, élasticité et plasticité.
Lorsqu'il est déformé par la contrainte de cisaillement, un solide "élastique" reprend sa forme d'origine une fois la contrainte relâchée. Plastiques, en revanche, conservent définitivement leur nouvelle forme. Ce contraste entre les changements « réversibles » et « irréversibles » a des implications sur la façon dont les matériaux réagissent aux forces mécaniques - dans le corps, dans les applications techniques, et même à l'échelle géologique.
"Nous avons modélisé un assemblage dense de colloïdes - un type de solide amorphe - constitué de sphères dures, " déclare Hajime Yoshino, co-auteur de l'étude. " Les sphères ne représentent pas de vraies molécules, mais ils montrent si ces verres denses sont élastiques. Nous avons simulé leur réaction au cisaillement et aux déformations normales. Nos grands supercalculateurs ont entièrement cartographié pour la première fois les diagrammes de phases de déformation des formateurs de verre, pour explorer leur rhéologie.
Carte de stabilité-réversibilité du verre colloïdal dense. Crédit :Université d'Osaka
Chaque verre a montré quatre tendances de base. Sous de petites contraintes, ils étaient parfaitement élastiques. À des contraintes plus élevées, ils sont devenus partiellement plastiques, ne pas retrouver l'état d'origine lorsque la déformation a été partiellement levée. Finalement, ils sont confrontés à l'un ou l'autre des deux destins opposés à des déformations plus importantes :échec total par fracturation (réduction) pour libérer la contrainte, ou arrêt complet par bourrage (devenant congestionné). La région entre le fléchissement et le coincement sur le diagramme de phase défini où le verre d'origine est resté stable.
"Nous pouvons comprendre les réponses comme celles de stable, verres partiellement stables et instables, " explique l'auteur principal Yuliang Jin. " Fait intéressant, la taille de la région solide et de sa sous-zone stable dépend de la qualité du recuit du verre. De meilleurs verres recuits ont de plus grandes chances de se coincer sous le cisaillement. Notre travail est le premier à démontrer que le destin ultime d'un verre soumis à une contrainte de cisaillement peut être soit de céder, soit de se coincer."
La matière molle condensée se trouve dans la technologie et la nature, par exemple, dans les mousses, émulsions et tissus biologiques. Parce que cette matière molle condensée, comme le verre, est amorphe, une compréhension plus approfondie de la façon d'adapter les propriétés des verres peut avoir un impact plus large sur la conception des matériaux.
