Comprender cómo las ondas de choque afectan las estructuras es crucial para los avances en la investigación de la ciencia de los materiales. incluyendo protocolos de seguridad y nuevas modificaciones de superficie. Usando sondas de difracción de rayos X, científicos del Instituto de Ciencia de la Estructura de Materiales de KEK, Tokio de la tecnología, Universidad de Kumamoto, y la Universidad de Tsukuba estudiaron la deformación del papel de aluminio policristalino cuando se somete a una onda de choque impulsada por láser.

Los cimientos de la ingeniería radican en comprender y manipular la estructura de los materiales para aprovechar sus propiedades de manera creativa. Las interacciones entre materiales tienen lugar a través del intercambio de fuerzas, por lo que predecir la capacidad de un material para resistir una fuerza y ​​cómo se propaga es fundamental para desarrollar estructuras con mayor resistencia.

Si una fuerza fuerte instantánea que actúa sobre un material da como resultado una onda de choque, los átomos pueden desplazarse o dislocarse. Como una goma elástica si la fuerza externa no es demasiado significativa, las fuerzas internas pueden resistir y el material puede volver a su estado original (deformación elástica). Pero más allá de cierto límite la fuerza puede provocar daños permanentes o incluso fallas estructurales (deformación plástica) del material.

Las células unitarias son la estructura atómica tridimensional más pequeña que se repite regularmente y que refleja la simetría general de un cristal. y el estudio de su desplazamiento puede proporcionar valiosos conocimientos. Sin embargo, observar procesos a escala atómica es muy difícil. Aquí es donde la difracción de rayos X viene al rescate. Imagine una cámara que le permita capturar eventos que tienen lugar a escala atómica. Cuando un rayo X encuentra un átomo, es absorbido y luego reemitido por el átomo. Esto da como resultado que la onda se disperse o difracte de manera ordenada, debido a la ordenada disposición de los átomos en el cristal. Dependiendo del tamaño, arreglo espacial, y distancia entre los átomos, la onda se dispersa en diferentes direcciones con diferente intensidad. Por lo tanto, la estructura atómica se captura como señales, como una fotografía del cristal durante y después de que pase la onda de choque. Esto se puede utilizar para decodificar la deformación del cristal.

Motivado por esto, Los investigadores realizaron un experimento para observar el proceso de deformación del papel de aluminio policristalino cuando se somete a una onda de choque impulsada por láser. Esta perturbación se capturó luego como puntos de difracción de un haz de rayos X que podrían compararse simultáneamente con el patrón de difracción del cristal previo al choque (Fig. 1). Descubrieron que se giraban grandes granos de aluminio, comprimido elásticamente, y de tamaño reducido a lo largo de la dirección de la onda. A medida que la onda se propagó más profundamente en la muestra, los puntos de difracción suavizados y ensanchados, y las manchas de difracción originales comenzaron a desaparecer, reemplazado por un nuevo conjunto de manchas (Fig. 2). "Observamos el refinamiento del grano y los cambios estructurales del metal policristalino, que aumentó con la propagación de la onda de choque impulsada por láser. Esta, Sucesivamente, permitió el estudio de la deformación microestructural en los flujos de choque plástico desde el nivel atómico al nivel de mesoescala, "declaró el Dr. Kohei Ichiyanagi de la Organización de Investigación del Acelerador de Alta Energía y la Universidad Médica de Jichi.

La investigación contemporánea de los cambios estructurales de materiales posteriores al choque a menudo no logra resaltar el proceso de disipación de ondas y la distribución de defectos. Esta investigación cambia el status quo al proporcionar un método para observar el refinamiento del grano y los cambios estructurales, incluyendo la dureza y modificación de la superficie, de metal policristalino durante la carga de ondas de choque. Optimista sobre el potencial de esta investigación, El profesor Kazutaka G. Nakamura del Instituto de Tecnología de Tokio dijo:"Nuestra técnica será valiosa para revelar los mecanismos de cambio microestructural para varias aleaciones y cerámicas basadas en procesos dinámicos".

Seguramente, esto sirve para mostrar las formas creativas en que podemos expandir los alcances de lo que podemos ver:esta vez, ¡Así es como se pueden usar los rayos X para capturar cómo se sacuden y se agitan las partículas!