Les chercheurs ont mieux compris comment le verre se brise en appliquant les théories de la mécanique de la rupture à des expériences sur le verre. Les matériaux fragiles, comme le verre, se brisent par fracturation lorsqu'ils sont soumis à des forces ou à des contraintes. L’équipe a créé le premier enregistrement rapide et résolu dans le temps des fractures à l’échelle nanométrique se produisant dans les fibres de verre lors de leur rupture.
Les scientifiques ont utilisé la tomographie à rayons X 3D à la source de photons avancée (APS) d'Argonne pour créer une « vidéo » 3D des processus de fracture du verre. L'expérience, menée sur la ligne de lumière 32-ID de l'APS, combine pour la première fois une résolution spatiale ultra-élevée utilisant des rayons X durs avec une résolution temporelle inférieure à la microseconde utilisant la tomographie à grande vitesse, permettant ainsi de nouvelles connaissances sur les mécanismes de déformation et de fracture des matériaux.
Les résultats démontrent la forte influence des défauts à l’échelle nanométrique sur le comportement à la fracture. De plus, les mesures montrent l’importance d’une couche nanométrique amorphe de plus faible densité autour des fibres de verre sur les processus d’endommagement. Les résultats ont des implications directes sur la défaillance des matériaux fragiles dans de nombreuses applications techniques, telles que les appareils électroniques, les matériaux de construction légers et le verre de protection.
"La fracture du verre est un phénomène à plusieurs échelles impliquant à la fois des caractéristiques de fracture nanoscopiques et microscopiques se produisant à différentes échelles de temps et de longueur, ce qui rend la caractérisation et la compréhension des mécanismes une tâche difficile", explique Robert Ritchie, professeur au Département de science des matériaux et Ingénierie.
"Ce qui rend ces résultats si passionnants n'est pas seulement la beauté des phénomènes observés", explique Weonho Yang d'Argonne, "mais aussi le fait que le comportement de fracture observé peut être expliqué théoriquement dans une large mesure. Ce niveau de compréhension est nouveau dans le domaine. "
