İşte bir ipucu: Girintili çimento benzersiz özellikler gösteriyor
Rice Üniversitesi bilim adamları, bir parça tobermoritin ne kadar büyük veya küçük olursa olsun, yükleme kuvvetlerine tam olarak aynı şekilde cevap vereceğini belirlediler. Ama onu keskin bir noktaya sokmak gücünü değiştirecektir.
Tobermorit, dünyanın en çok kullanılan malzemesi olan betonu bağlayan çimentoyu oluşturan kalsiyum-silikat-hidratın (CSH) doğal olarak kristalin bir analogudur. Eski Romalılar tarafından kullanılan bir tür tobermoritin, denizaltı beton yapılarının efsanevi gücünün anahtarı olduğuna inanılmaktadır.
Pirinç malzemeli bilim adamı Rouzbeh Shahsavari'ye göre, ince katmanlı malzeme, standart kuvvetlerin (kesme, sıkıştırma ve gerginlik) nasıl uygulandığına bağlı olarak farklı şekillerde deforme olacaktır, ancak deformasyon numune boyutları arasında tutarlı olacaktır. Doğanın açık erişimli Bilimsel Raporlarında yer alan araştırmayı baş yazar ve yüksek lisans öğrencisi Lei Tao ile yürütmüştür.
Son araştırmaları için, Shahsavari ve Tao, malzemenin moleküler dinamik modellerini oluşturdular. Simülasyonları, aynı zamanda, CSH ve diğer katmanlı malzemelerin gücünden de sorumlu olan, tobermoritin çalışmasında üç temel moleküler mekanizmayı ortaya çıkardı. Biri, stres altındaki atomların, denge içinde kalmaya çalıştıkça topluca hareket ettiği bir yer değiştirme mekanizmasıdır. Bir diğeri, atomların daha düzensizce hareket ettiği dağınık bir mekanizmadır. Malzemenin yapısal bütünlüğünü en iyi makaslama altında ve daha az sıkıştırıcı ve daha sonra çekme yükü altında tuttuğunu bulmuşlardır.
Araştırmacılara daha ilginç olan, üçüncü bir mekanizma idi; bu tabakalar arasında bir nanoantenter bastırarak tabakalar arasındaki bağlar oluşturuldu. Bir nanoindenter, çok küçük hacimli malzemelerin sertliğini test etmek için kullanılan bir cihazdır (bu durumda simüle edilmiştir). Girinti noktasındaki yüksek stres, malzemenin kristal yapısının deforme olduğu ve tabakalar arasında kuvvetli bağlar oluşturduğu ve standart kuvvetler altında gözlenmeyen bir olay olduğu yerel faz dönüşümleri başlatmıştır. Bağın kuvveti, hem kuvvet miktarına hem de makroskobik stresörlerin aksine ucun büyüklüğüne bağlıydı.
Shahsavari, "Nanoindenter'ın küçük ucunun altında ciddi bir stres var." Dedi. "Bu komşu katmanları birbirine bağlar. Ucu kaldırdığınızda, yapı orijinal konfigürasyona geri dönmez. Bu önemli: Bu dönüşümler geri döndürülemez.
"Önemli deformasyon mekanizmaları hakkında temel bir anlayış sağlamanın yanı sıra, bu çalışma sistemin nanodentasyon gibi küçük yerelleştirilmiş (geleneksel olmayan) yükler altında gerçek mekanik tepkisini ortaya çıkardı" dedi. "Ucu büyüklüğünü (ve dolayısıyla iç topolojiyi) değiştirmek, mekanikleri değiştirecekse - örneğin, malzemeyi daha güçlü hale getirecek - bu durumda sistemi, belirli yerelleştirilmiş yükler için daha iyi tasarlamak için bu özelliği kullanabiliriz."
Shahsavari sivil ve çevre mühendisliği ve malzeme bilimi ve nanokomühendislik yardımcı doçentidir.