Американские исследователи из Технологического института Джорджии впервые продемонстрировали процессы, которые происходят при деформации металлов на атомном уровне. Эта информация полезна для разработки новых материалов, которые могут быть использованы в экстремальных условиях. Статья опубликована в журнале Science.
Металлические материалы, которые используются в инженерном деле, должны быть прочными и пластичными, то есть они должны выносить высокую механическую нагрузку и при этом не ломаться. Эти свойства металлов определяются не кристаллическими зернами, из которых они состоят, а пространством между ними — межзеренной границей.
Исследователи пронаблюдали процессы, которые происходят на межзеренной границе в поликристаллах. В качестве объекта изучения была выбрана платина, которая обладает структурой, похожей на другие распространенные поликристаллы — сталь, медь, алюминий. С помощью просвечивающей электронной микроскопии (TEM) ученые получили изображения межзеренной границы с атомным разрешением. Исследователи разработали небольшое устройство, которое крепилось к микроскопу и прикладывало механическое усилие к образцу металла. Это позволило получить изображения межзеренной границы при деформации металла. Чтобы было удобнее отслеживать смещение межзеренной границы, ученые создали автоматизированный метод отслеживания атомов. Этот метод автоматически отмечает каждый атом на изображении с микроскопа и соотносит его с соответствующим атомом на других изображениях. Это позволяет отслеживать перемещение всех атомов во время сдвига межзеренной границы. Наконец, на основе данных TEM ученые провели компьютерные симуляции. Они позволили им подробнее проанализировать явления, которые происходили в образце. Все эти методы помогли впервые визуализировать сдвиг межзеренной границы в атомном разрешении и в реальном времени.
Ученые выявили ряд процессов, которые ранее были неизвестны. Так, они заметили, что во время деформации два соседних зерна сблизились друг с другом. При этом атом с одного зерна перескочил на другое. При перемещении атомов с одного зерна на другое менялась и структура межзеренной границы. Такие процессы легче всего происходят при высокой механической нагрузке. Результаты показали, что разработка поликристаллов с мелкими зернами может помочь создавать более крепкие и пластичные материалы.
В дальнейшем ученые планируют визуализировать деформацию металлов при высоких температурах и скоростях деформации. Это поможет в разработке материалов, которые должны использоваться в экстремальных условиях. Исследователи также отмечают, что, если их результаты объединить с машинным обучением, можно значительно ускорить открытие и разработку новых материалов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
