Kürzlich hat das Institut für Mechanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften mit Forschern im In- und Ausland zusammengearbeitet, um neue Fortschritte bei der Alterungsschutz von Glasmaterialien zu erzielen, und zum ersten Mal experimentell die äußerst jugendliche Struktur eines typischen Metallglases realisiert eine ultraschnelle Zeitskala.Die entsprechenden Ergebnisse tragen den Titel „Ultrafast extreme rejuvenation of metallic Glasses by Shock Compression“, veröffentlicht in Science Advances (Science Advances 5: eaaw6249 (2019)).
Das metastabile Glasmaterial neigt zur spontanen Alterung bis zum thermodynamischen Gleichgewichtszustand und geht gleichzeitig mit einer Verschlechterung der Materialeigenschaften einher.Allerdings kann das alternde Glasmaterial durch den Eintrag externer Energie die Struktur verjüngen (Rejuvenation).Dieser Anti-Aging-Prozess trägt einerseits zum grundlegenden Verständnis des komplexen dynamischen Verhaltens von Glas bei, ist andererseits aber auch förderlich für die technische Anwendung von Glasmaterialien.In den letzten Jahren wurden für metallische Glasmaterialien mit breiten Anwendungsaussichten eine Reihe von Strukturverjüngungsmethoden vorgeschlagen, die auf nicht-affiner Verformung basieren, um die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Materialien effektiv zu steuern.Alle bisherigen Verjüngungsmethoden funktionieren jedoch bei geringerem Stressniveau und erfordern einen ausreichend langen Zeitraum und weisen daher große Einschränkungen auf.
Basierend auf der Dual-Target-Plate-Impact-Technologie des Leichtgaskanonengeräts stellten Forscher fest, dass sich das typische metallische Glas auf Zirkoniumbasis in etwa 365 Nanosekunden (ein Millionstel der Zeit, die ein Mensch zum Blinzeln benötigt) schnell auf ein hohes Niveau regeneriert Auge).Die Enthalpie ist äußerst ungeordnet.Die Herausforderung dieser Technologie besteht darin, mehrere einzelne Impulsbelastungen auf GPa-Ebene und eine vorübergehende automatische Entladung auf metallisches Glas anzuwenden, um dynamisches Versagen von Materialien wie Scherbänder und Abplatzungen zu vermeiden.Gleichzeitig „friert“ das Metall durch die Steuerung der Aufprallgeschwindigkeit des Flyers auf verschiedenen Ebenen ein.
Forscher haben eine umfassende Studie zum ultraschnellen Verjüngungsprozess von metallischem Glas aus der Perspektive der Thermodynamik, der Multiskalenstruktur und der Phononendynamik „Bose-Peak“ durchgeführt und dabei gezeigt, dass die Verjüngung der Glasstruktur von Clustern im Nanomaßstab herrührt.Durch den „Scherübergang“-Modus induziertes freies Volumen.Basierend auf diesem physikalischen Mechanismus wird eine dimensionslose Deborah-Zahl definiert, die die Möglichkeit der Zeitskala einer ultraschnellen Erneuerung von metallischem Glas erklärt.Diese Arbeit hat den Zeitrahmen für die Erneuerung metallischer Glasstrukturen um mindestens zehn Größenordnungen verlängert, die Anwendungsbereiche dieser Art von Material erweitert und das Verständnis der Menschen für die ultraschnelle Dynamik von Glas vertieft.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 06.12.2021