Investigadores dirigidos por la Universidad de Tokio emplearon un nuevo modelo informático para simular las redes de partículas portadoras de fuerza que dan a los sólidos amorfos su fuerza a pesar de que carecen de un orden de largo alcance. Este trabajo puede conducir a nuevos avances en vidrio de alta resistencia,que se puede utilizar para aplicaciones de cocina, industriales y de teléfonos inteligentes.
Los sólidos amorfos como el vidrio, a pesar de ser frágiles y tener partículas constituyentes que no forman celosías ordenadas, pueden poseer una fuerza y rigidez sorprendentes. Esto es aún más inesperado porque los sistemas amorfos también sufren grandes fluctuaciones anarmónicas. El secreto es unRed interna de partículas portadoras de fuerza que abarcan todo el sólido que le da fuerza al sistema.Esta red dinámica ramificada actúa como un esqueleto que evita que el material ceda a la tensión aunque constituya solo una pequeña fracción del total de partículas.Sin embargo, esta red solo se forma después de una "transición de percolación" cuando el número de partículas portadoras de fuerza excede un umbral crítico. A medida que aumenta la densidad de estas partículas, la probabilidad de que una red de percolación que va de un extremo al otro aumenta de cerocasi seguro.
Ahora, científicos del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han utilizado simulaciones por computadora para mostrar cuidadosamente la formación de estas redes de filtración a medida que un material amorfo se enfría por debajo de su temperatura de transición vítrea. En estos cálculos, se modelaron mezclas de partículas binariascon potenciales repulsivos de rango finito. El equipo descubrió que la resistencia de los materiales amorfos es una propiedad emergente causada por la autoorganización de la arquitectura mecánica desordenada.
"A temperatura cero, un sistema atascado mostrará correlaciones de largo alcance en el estrés debido a su red de filtración interna. Esta simulación mostró que lo mismo es cierto para el vidrio incluso antes de que se haya enfriado por completo", dice el primer autor Hua Tong.
La columna vertebral portadora de fuerza se puede identificar reconociendo que las partículas en esta red deben estar conectadas por al menos dos enlaces de fuerza fuertes. Al enfriarse, el número de partículas portadoras de fuerza aumenta, hasta que se une una red que abarca el sistema.
"Nuestros hallazgos pueden abrir un camino hacia una mejor comprensión de los sólidos amorfos desde una perspectiva mecánica", dice el autor principal Hajime Tanaka. Dado que el vidrio rígido y duradero es muy apreciado para teléfonos inteligentes, tabletas y utensilios de cocina, el trabajo puede encontrar muchosusos prácticos.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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