Entonces deja caer su teléfono inteligente sobre su espalda. ¿Qué es lo peor que podría pasar? En estos días, tal vez una abolladura. El cuerpo de metal de un teléfono inteligente está hecho de un material cristalino con una disposición de átomos altamente ordenada.interrumpir, con puntos débiles potenciales definidos por "defectos" en ese orden, lo que hace que sea relativamente fácil predecir qué átomos cambiarían de lugar o se reorganizarían para formar la abolladura mencionada anteriormente.
La pantalla de cristal del mismo teléfono es una historia diferente. Hecho de átomos que están atascados en un orden no discernible, el lado de cristal de su dispositivo podría romperse al caerse. Al igual que muchos otros sólidos desordenados, el vidrio no puede deformarse significativamente antes de fallar, yDebido a que estos materiales carecen de un orden cristalino, es difícil predecir qué átomos cambiarán durante la falla.
en un nuevo estudio publicado en la revista ciencia , el ingeniero mecánico de UC Santa Bárbara Daniel Gianola y ex colegas de la Universidad de Pensilvania colaboraron para comprender la falla de los materiales en un nivel fundamental. Hacerlo podría ser clave para una variedad de aplicaciones, desde el diseño de gafas que son más resistentes a los golpes hasta la predicciónfenómenos geológicos, como deslizamientos de tierra. Juntos, identificaron criterios de falla compartidos por materiales desordenados aparentemente dispares al observar una amplia gama de sólidos desordenados con partículas constituyentes cuyo tamaño oscilaba entre siete órdenes de magnitud.
"Esta investigación es emblemática del mejor tipo de esfuerzo multidisciplinario y altamente cooperativo en el que los equipos formados por personas con perspectivas muy diferentes se combinan para estudiar una pregunta fundamental que tiene un gran impacto", dijo Gianola, profesor asociado en Materiales de UCSBDepartamento ". Estas colaboraciones están habilitadas de forma exclusiva por centros como el Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de UCSB".
La investigación incorpora el concepto de suavidad, una contraparte de los defectos implicados en la falla de los materiales cristalinos. En un sistema desordenado, la suavidad predice la ubicación de los defectos, identificando la colección de partículas con mayor probabilidad de cambiar vecinos cuando el material fallaEn este proyecto, la suavidad se usó por primera vez para establecer vínculos causales con defectos y plasticidad en los vidrios.
Los investigadores utilizaron el aprendizaje automático para reducir cientos de cantidades, cada una de las cuales caracteriza un aspecto específico de las disposiciones de las partículas, como su densidad local o el ángulo de unión, a una sola cantidad predictiva de nivel de partículas que estaba vinculada a la propensiónpara reordenamientos. Ese proceso produjo un valor para la suavidad microscópica. Y si se conoce la suavidad, entonces se puede predecir el comportamiento del material desordenado y la probabilidad de que sus partículas constituyentes se reorganicen.
Los sistemas en estudio se vieron obligados a reorganizarse como resultado de estar sujetos a fluctuaciones térmicas aleatorias o a diferentes tipos de tensiones, como apretar o estirar. La técnica funcionó igualmente bien en todos los casos, permitiendo a los científicos predecir conalta precisión, la probabilidad de que los átomos en un sistema se reordenen, causando finalmente una falla.
Al comparar las propiedades entre los sistemas, los investigadores descubrieron que el tamaño de la suavidad correlacionada era idéntico al tamaño de los reordenamientos, es decir, el número de partículas en movimiento durante el período previo a la falla. Notablemente, encontraron que este número eracasi idénticos en todos los sistemas que estudiaron, independientemente del tamaño de las partículas o de cómo interactuaban.
Los investigadores también midieron la tensión de rendimiento, que describe la medida en que un sólido puede deformarse antes de que comience a ceder. Observando sistemas cuya rigidez mecánica abarcó 13 órdenes de magnitud, encontraron que la tensión de rendimiento era aproximadamente la misma para todossólidos desordenados. En comparación, las cepas de rendimiento para diferentes materiales cristalinos pueden variar en varios órdenes de magnitud.
"Siempre nos ha intrigado el hecho de que las gafas metálicas, a pesar de la heterogeneidad de las posiciones atómicas y su falta de orden de largo alcance, muestran una tensión de rendimiento bastante constante en marcado contraste con sus contrapartes cristalinas", dijo Gianola.quería probar si esta cepa de rendimiento constante era una característica observada solo en vidrios metálicos o más bien era una característica común de todos los sistemas desordenados, independientemente del tipo de unión y el tamaño de las partículas constituyentes ".
Sabiendo que cuando se aplica el estrés, todos los sistemas se ven iguales hasta y alrededor del rendimiento, los investigadores dijeron que el siguiente paso será estudiar la dinámica de la falla más allá del rendimiento, momento en el cual se produce el caos y los sistemas comienzan a verseextremadamente diferente
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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