Curvas de esfuerzo cortante-deformación de vidrios coloidales densos obtenidas mediante simulaciones por ordenador. Las configuraciones iniciales se crean utilizando el algoritmo de intercambio, que permite la preparación de muy densos, Estados de vidrio ultraestables. El sistema se comprime ligeramente antes de la aplicación de la deformación por cizallamiento. Crédito:Universidad de Osaka
Los vasos son un enigma entre las fases sólidas. Como sólidos cristalinos, son duros, pero a diferencia de los cristales, son amorfos a escala molecular. Debido a este desorden estructural, cada pieza de vidrio está técnicamente fuera de equilibrio, y único. Como resultado, sus propiedades dependen no solo de sus ingredientes químicos, sino sobre cómo se enfrió.
Su amorfo hace que sea complicado describir las gafas con un modelo general. Ahora, sin embargo, un equipo dirigido por la Universidad de Osaka ha utilizado simulaciones para conectar el recocido (enfriamiento o compresión) de un vidrio con su respuesta mecánica a la tensión. En particular, su estudio, publicado en Avances de la ciencia - centrado en dos métricas clave de comportamiento sólido, elasticidad y plasticidad.
Cuando se deforma por esfuerzo de cizallamiento, un sólido "elástico" vuelve a su forma original después de que se libera la tensión. Plástica, a diferencia de, conservan permanentemente su nueva forma. Este contraste entre cambios "reversibles" e "irreversibles" tiene implicaciones sobre cómo los materiales responden a las fuerzas mecánicas:en el cuerpo, en aplicaciones técnicas, e incluso a escala geológica.
"Modelamos un conjunto denso de coloides, un tipo de sólido amorfo, hecho de esferas duras, "dice el coautor del estudio Hajime Yoshino." Las esferas no representan moléculas reales, pero sí muestran si esas gafas densas son elásticas. Simulamos cómo respondían al cizallamiento y las deformaciones normales. Nuestras grandes supercomputadoras mapearon completamente los diagramas de fase de deformación de los formadores de vidrio por primera vez, para explorar su reología ".
Mapa de estabilidad-reversibilidad del vidrio coloidal denso. Crédito:Universidad de Osaka
Cada copa mostró cuatro tendencias básicas. Bajo pequeñas tensiones, eran perfectamente elásticos. A mayores tensiones se volvieron parcialmente plásticas, no recuperar el estado original cuando la deformación se levantó parcialmente. Eventualmente se enfrentan a cualquiera de los dos destinos opuestos con tensiones mayores:falla total por fracturamiento (ceder) para liberar la tensión, o detenerse por completo atascándose (congestionándose). La región entre ceder y atascarse en el diagrama de fase definió donde el vidrio original permaneció estable.
"Podemos entender las respuestas como las de estable, vasos parcialmente estables e inestables, "explica el autor principal Yuliang Jin". Curiosamente, el tamaño de la región sólida, y su subzona estable, depende de qué tan bien se haya recocido el vidrio. Los vidrios mejor recocidos tienen mayores posibilidades de atascarse bajo el cizallamiento. Nuestro trabajo es el primero en demostrar que el destino final de un vidrio sometido a esfuerzo de cizallamiento puede ser ceder o atascarse ".
La materia blanda condensada se encuentra en toda la tecnología y la naturaleza, por ejemplo, en espumas, emulsiones y tejidos biológicos. Porque tal materia blanda condensada, como el vidrio, es amorfo, Una comprensión más profunda de cómo adaptar las propiedades de las gafas puede tener un impacto más amplio en el diseño de materiales.
