حرکت اتم‌ها در شیشه منجر به مقاومت شگفت‌انگیز آن شد!

دانشمندان به تازگی مکانیزم جدیدی را کشف کرده‌اند که حرکت اتم‌ها در شیشه باعث کاهش تنش داخلی آن شده و مقاومتی شگفت‌انگیز در برابر شکست ایجاد می‌کند.

به گزارش مجله خبری نگار/برنا، محققان دانشگاه توهوکو کشف کردند که حرکت اتم‌ها در شیشه باعث کاهش تنش داخلی آن می‌شود و این ماده را مقاوم‌تر می‌سازد.

همه ما لحظه‌ای از نگرانی را تجربه کرده‌ایم زمانی که شیشه از دستانمان می‌افتد و به محض برخورد با زمین می‌شکند. اما اگر این اتفاق رایج به چیزی از گذشته تبدیل می‌شد؟

حالا، یک کشف جدید توسط محققان دانشگاه توهوکو نشان داده است که چگونه شیشه در برابر شکستگی مقاومت نشان می‌دهد، کشفی که می‌تواند راه را برای تولید موادی با دوام و مقاوم در برابر شکست هموار کند. این پیشرفت تأثیرات گسترده‌ای برای صنایع مرتبط با شیشه خواهد داشت.

جزئیات این یافته‌ها در تاریخ ۲ دسامبر ۲۰۲۴ در مجله Acta Materialia منتشر شد.

پویایی اتم‌ها تنش داخلی شیشه را کاهش می‌دهند

مکینا سایتو، استاد پژوهشی دانشگاه توهوکو، گفت: شیشه در حالی که ماده‌ای مقاوم است، زمانی که تنش از حد تحمل آن فراتر می‌رود، می‌شکند. اما جالب این است که حرکت اتم‌ها و مولکول‌ها در داخل شیشه می‌تواند تنش داخلی آن را کاهش دهد و آن را مقاوم‌تر در برابر شکست کند. اگرچه می‌دانیم که برخی اتم‌ها به فضا‌های خالی نزدیک می‌پرند، چگونگی کاهش تنش از طریق این فرآیند مدت‌هاست که یک معما بوده است.

محققان دانشگاه توهوکو به همراه محققانی از دانشگاه کیوتو، دانشگاه شیمانه، موسسه ملی علوم مواد و موسسه تحقیقاتی تابش سنکروترون ژاپن، مکانیزم ناشناخته‌ای از کاهش تنش در شیشه یونی، یک سیستم مدل شیشه، را کشف کردند.

این پژوهش با استفاده از آزمایش‌های پیشرفته تابش سنکروترون و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری انجام شد تا حرکت اتم‌ها در شیشه در مقیاس زمانی نانوثانیه تا میکروثانیه مشاهده شود.

تیم تحقیقاتی کشف کرد که هنگامی که برخی اتم‌ها در شیشه به فضا‌های خالی نزدیک «پرش» می‌کنند، گروه‌های اطراف آنها به‌طور تدریجی برای پر کردن آن فضا حرکت می‌کنند. این تعامل بین پرش‌های اتمی و حرکت جمعی باعث کاهش تنش داخلی می‌شود و از شکست شیشه تحت فشار خارجی جلوگیری می‌کند.

سایتو گفت: نتایج ما تأثیرات زیادی برای صنایعی مانند الکترونیک مصرفی، ساخت‌وساز و صنعت خودروسازی دارد، جایی که شیشه مقاوم در برابر شکست ضروری است.

محققان در نظر دارند که در تحقیقات آینده بررسی کنند که آیا چنین مکانیزم‌های اتمی مشابهی در انواع دیگر شیشه‌ها نیز وجود دارد یا خیر. هدف نهایی آنها این است که دستورالعمل‌های جهانی برای طراحی شیشه‌هایی با مقاومت ضربه‌ای برتر ایجاد کنند که می‌تواند کاربرد‌های نیازمند مواد با دوام را متحول کند.

لینک کپی شد

اشتراک‌ گذاری