Физики выяснили, как бьется металлическое стекло

0
165

МОСКВА, 17 янв – РИА Новости. Американские физики смоделировали и просчитали процесс раскалывания стекла, что поможет создать более прочные и сложные по составу металлические стекла, сообщает журнал PNAS.

«Разрушением стекла управляет два процесса. Один связан с формированием стекла – при застывании в нем формируется множество слабых и сильных точек. Второй фактор – случайность этого процесса. Все химические реакции требуют сосредоточения энергии на каком-то типе движений, но атомы и молекулы в стеклах двигаются очень сложным образом, и поэтому приходится ждать, когда такая реакция случайно произойдет. Нужно некое «ядро раскола», чтобы стекло раскололось», — рассказывает Питер Волынес (Peter Wolynes) из университета Райсов в Хьюстоне (США).

Речь идет не о простом стекле, а о так называемом металлическом стекле, изобретенном в середине 20 века. Его делают из специального сплава металлов, в отличие от обычного силикатного стекла, которое состоит из оксида кремния и окислов кальция, натрия и некоторых других элементов. Металлическое стекло устойчиво к коррозии и износу, легко поддается плавке и отливке, и к тому же оно не такое хрупкое, как обычное стекло.

Сплавы в металлическом стекле аморфны, тогда как в традиционных сплавах металлов образуется кристаллическая решетка. При этом ученые находят свидетельства того, что в металлических стеклах есть и некие промежуточные однородные структуры, когда атомы не только образуют упорядоченные группы с соседними атомами, как в аморфном состоянии материи, но и формируют более крупные домены. © Фото: Zhu et al . / Advanced Materials 2016Ученые превратили древесину в прозрачное «стекло»

Физические свойства металлических стекол еще не до конца изучены, и Волынес и его коллега Апиват Виситсорасак (Apiwat Wisitsorasak) попытались раскрыть одну из главных тайн этих сплавов – то, почему и как они бьются.

Как объясняют ученые, главным отличием металлических стекол от прочих сплавов является то, что молекулы и атомы в них не стоят на месте, а постоянно двигаются. Фактически стекло представляет собой жидкость, движение которой «заморожено».

Если стекло сжать достаточно сильно, в нем появятся особые зоны напряжения, так называемые сдвиговые полосы, вдоль которых стекло начинает кристаллизоваться, расслаиваться и раскалываться на части. О существовании этих зон ученые знали давно, но то, как они возникают и что управляет их развитием, оставалось под вопросом.

Виситсорасак и Волынес закрыли этот пробел в научных знаниях, создав компьютерную модель, которая просчитывала формирование сдвиговых полос внутри стекла при приложении критического давления. Модель была разработана на базе теорий о формировании металлического стекла, над которыми университет Райсов трудится на протяжении последних 20 лет. © Фото: Cornell University, Pinshane Huang, David Muller; врезка – рисунок, W. H. ZachariasenУченые случайно получили самое тонкое в мире стекло

По словам физиков, их формулы позволили корректно описать процесс раскалывания листов металлического стекла марки Vitreloy 1, созданного в Калифорнийском технологическом институте в начале текущего века.

Моделирование экономит месяцы исследований свойств стекол, что ускорит их изучение и создание «идеального» металлического стекла, которое будет обладать высокой прочностью и при этом не потеряет все положительные качества этой формы сплавов.