Las deformaciones a nanoescala podrían afectar los experimentos de alta precisión, como el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser avanzado (LIGO)

Un estudiante graduado de Caltech ha demostrado que los materiales pueden sufrir deformaciones inelásticas antes de ceder, que podría afectar el diseño de materiales, conduciendo a estructuras más fuertes y resistentes.

Xiaouye Ni, que estudia ciencia de materiales en el laboratorio de Julia R. Greer, un profesor de Caltech de ciencia y mecánica de materiales, ha demostrado que los metales sufren una deformación permanente incluso antes de ceder, el umbral en el que un material sometido a deformación se deforma permanentemente.

Por ejemplo, tome una regla de metal y dóblela un poco. Cuando dejas ir saltará de nuevo a su forma original. Pero si tomas la misma regla y la doblas tan fuerte como puedas, llegará a un punto conocido como punto de fluencia en el que permanecerá doblado permanentemente.

En ciencia de materiales, el fenómeno de la fluencia se explica de la siguiente manera:

Cuando deforma un material por debajo de su límite elástico, solo estás estirando temporalmente los enlaces entre sus átomos. No se produce ningún cambio permanente en la estructura a nivel atómico del material y la deformación es completamente recuperable e instantánea. Este estiramiento temporal se llama deformación elástica.

Si deforma un metal más allá de su límite de elasticidad, provoca el movimiento de defectos de línea preexistentes conocidos como dislocaciones. que contribuyen a la deformación permanente. Las dislocaciones se mueven a través de la red cristalina, creando más dislocaciones a medida que avanzan y se enredan entre sí. El movimiento de estas dislocaciones da como resultado una deformación plástica permanente.

El punto de fluencia generalmente se considera un fenómeno discreto, es decir, las dislocaciones comienzan a moverse cuando un material se tensa más allá de su límite de elasticidad. Sin embargo, Los datos de Ni muestran que hay a nivel atómico, cambios irreversibles en la estructura de un material tan pronto como un material comienza a deformarse, mucho antes de que alcance su límite de elasticidad.

"Todos los científicos de materiales y todos los libros de texto del mundo te dirán que cuando deformas cualquier material, puede ser un metal, madera, cualquier tipo de textil, cualquier cosa:lo primero que ocurre es una deformación elástica que se recuperará instantáneamente, ", Dice Greer." Es la creencia más fundamental en la que se basan casi todos los cursos de ciencia mecánica y de los materiales ".

Para explorar lo que estaba sucediendo en un material sometido a tensión, Xiaouye fabricó pilares de cobre de 500 nanómetros de ancho (un cabello humano es 200 veces más grueso) y los presionó con una aguja de diamante.

La aguja aplicó cantidades fijas de presión menores que el límite de elasticidad del cobre y luego osciló ligeramente hacia arriba y hacia abajo.

Lo que encontró fue que después de ser sometida a esas oscilaciones, los pilares tardaron en volver a su original, forma indeformable.

"Si la deformación fuera puramente elástica, eso no sucedería porque se recuperaría instantáneamente, "Dijo Xiaouye.

La lenta reacción mostró que los pilares habían desarrollado una resistencia interna, un sello de deformación inelástica.

"Lo que muestran los datos de Xiaouye es que desde el primer momento en que comienzas a deformarlo, las dislocaciones comienzan a estar activas, "Greer dice. Ahora que sabemos cómo hacer esto, podemos probar una variedad de diferentes clases de materiales.

Xiaouye dice que es probable que el descubrimiento encuentre aplicaciones en muchos campos de estudio. "De hecho, puede usar esta firma para ver qué tan cerca está del punto de falla catastrófica, "Xiaouye dice. Además, para experimentos de alta precisión, como el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser avanzado (LIGO), que detectó ondas gravitacionales por primera vez en 2016, incluso las dislocaciones a nanoescala pueden crear un ruido que es imperativo comprender y eliminar.

El estudio, "Sondeo de la microplasticidad en cristales de FCC a pequeña escala mediante análisis mecánico dinámico, "apareció en la edición del 14 de abril de Cartas de revisión física .