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相空间冒险 塑料和弹性眼镜的统一地图

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-10-17浏览次数:1398

眼镜是固相之间的一个谜。与结晶固体一样,它们非常坚硬,但与晶体不同,它们在分子尺度上是无定形的。由于这种结构混乱,每种玻璃在技术上是不平衡和独特的。因此,其性能不仅取决于其化学成分,还取决于其如何冷却。

它们的无定形性质使得用一般模型描述眼镜变得困难。然而,现在由大阪大学领导的团队已经使用模拟将玻璃的退火(冷却或压缩)与其相应的机械响应联系起来。特别是,他们的研究 - 发表在“科学进步” - 专注于固体行为,弹性和可塑性的两个关键指标。

当通过剪切应变变形时,“弹性”固体在应变释放后恢复其原始形状。相反,塑料永久保持其新形状。 “可逆”和“不可逆”变化之间的这种对比反映了材料如何响应机械力 - 在体内,技术应用中,甚至在地质尺度上。

该研究的共同作者Hajime Yoshino说:“我们模拟了胶体的密集组装 - 一种由硬球制成的无定形固体。” “球体并不代表真正的分子,但它们确实显示出这种致密的玻璃。它是否具有弹性。我们模拟了它们对剪切和法向应变的响应。我们的大型超级计算机首先完全绘制了玻璃成形器的应变相图并探索了它们的流变学。”

每种玻璃有四种基本趋势。它们在小应变下具有完美的弹性。在较高的应变下,它们变成部分塑性并且在部分变形时不能恢复到其原始状态。最后,他们面临着两个相反的更大应变的命运:未能通过压裂(产量)释放压力或完全停止干扰(变得拥挤)。相图上的屈服和干涉之间的区域定义了原始玻璃保持稳定的位置。

“我们可以将这些反应解释为稳定,部分稳定和不稳定的眼镜,”主要作者Yuliang Jin解释道。 “有趣的是,固体区域的大小 - 及其稳定的子区域 - 取决于玻璃的退火程度。更好的退火玻璃在剪切下具有更大的干涉机会。我们的工作是第一个证明最终命运玻璃剪切应变可能会产生或堵塞。“

在整个技术和自然界中发现了凝聚的柔软材料 - 例如泡沫,乳液和生物组织。由于这种凝聚的软质材料(如玻璃)是无定形的,因此更深入地了解如何定制玻璃的性质可以对材料设计产生更广泛的影响。