Tobermorite – естественный прозрачный аналог к гидрату силиката кальция (C-S-H), который составляет цемент, который в свою очередь связывает бетон, наиболее используемый материал в мире. Форма tobermorite, используемого древними римлянами, как полагают, является ключом к легендарной силе их подводных конкретных структур.
Точно слоистый материал исказит по-разному в зависимости от того, как стандартные силы – стригут, сжатие и напряженность – применены, но деформация будет последовательна среди объемов выборки, по словам материаловеда Rice Роуцбе Сасавари. Он провел исследование, которое появляется в находящихся в открытом доступе Научных Отчетах Природы с ведущим автором и аспирантом Лэй Тао.Для их последнего обзора Shahsavari и дао построили молекулярные модели динамики материала.
Их моделирования показали три ключевых молекулярных механизма на работе в tobermorite, которые являются также вероятны ответственный за силу C-S-H и других слоистых материалов. Каждый – механизм смещения, в которое атомы под напряжением перемещаются коллективно, поскольку они пытаются остаться в равновесии. Другой – распространяющийся механизм, в который атомы перемещаются более хаотично. Они нашли, что материал утверждает, что его структурная целостность лучше всего под стрижет, и меньше под сжимающим и затем растяжимой погрузкой.
Более интересный исследователям был третий механизм, которым связи между слоями были созданы, нажимая наноиндентер в материал. Наноиндентер – устройство (моделируемый в этом случае), раньше проверял твердость очень маленьких объемов материалов.
Высокое напряжение при углублении вызвало местные преобразования фазы, в которых прозрачная структура искаженного материала и установил сильные связи между слоями, явление, не наблюдаемое под стандартными силами. Сила связи зависела и от суммы силы и от, в отличие от стрессоров макромасштаба, размера наконечника.
«Есть значительное напряжение прямо ниже маленького наконечника наноиндентера», сказал Сасавари. «Это соединяет соседние слои. Как только Вы удаляете наконечник, структура не возвращается к оригинальной конфигурации. Это важно: Эти преобразования необратимы.«Помимо обеспечения фундаментального понимания ключевых механизмов деформации, эта работа раскрывает истинный механический ответ системы под локализованным маленьким (против обычного) грузы, такие как наноуглубление», сказал он. «Если изменение размера наконечника (и таким образом внутренняя топология) собирается изменить механику – например, сделать материал более сильным – тогда можно было бы использовать эту функцию, чтобы лучше проектировать систему для конкретных локализованных грузов».
Shahsavari – доцент гражданского строительства и инженерной защиты окружающей среды и материаловедения и наноинженерии.Национальный научный фонд (NSF) поддержал исследование.
Вычислительные ресурсы поставлялись Национальными Институтами Здоровья и IBM, Общая Университетская премия Исследования в сотрудничестве с CISCO, Qlogic и Adaptive Computing и Райс поддержала NSF суперкомпьютер DAVinCI, которым управляет Центр Райса Вычисления Исследования; ресурсы были обеспечены в сотрудничестве с Институтом Кена Кеннеди Райса Информационных технологий.