Compreender como as ondas de choque afetam as estruturas é crucial para os avanços na pesquisa da ciência dos materiais, incluindo protocolos de segurança e novas modificações de superfície. Usando sondas de difração de raios-X, cientistas do Instituto de Ciência da Estrutura de Materiais de KEK, Tóquio da Tecnologia, Universidade Kumamoto, e a Universidade de Tsukuba estudou a deformação da folha de alumínio policristalino quando submetida a uma onda de choque impulsionada por laser.

Os fundamentos da engenharia estão em compreender e manipular a estrutura dos materiais para aproveitar suas propriedades de maneiras criativas. As interações entre os materiais ocorrem por meio da troca de forças, portanto, prever a capacidade de um material de resistir a uma força e como ela se propaga é fundamental para o desenvolvimento de estruturas com resistência aprimorada.

Se uma força forte instantânea agindo em um material resultar em uma onda de choque, os átomos podem ser deslocados ou deslocados. Como um elástico, se a força externa não for muito significativa, as forças internas podem resistir e o material pode retornar ao seu estado original (deformação elástica). Mas além de um certo limite, a força pode resultar em dano permanente ou mesmo falha estrutural (deformação plástica) do material.

As células unitárias são as menores estruturas atômicas tridimensionais de repetição regular que refletem a simetria geral de um cristal, e estudar seu deslocamento pode fornecer informações valiosas. Contudo, observar processos em escala atômica é muito difícil. É aqui que a difração de raios-X vem ao resgate. Visualize uma câmera que permite capturar eventos que ocorrem em escala atômica. Quando um raio-X encontra um átomo, ele é absorvido e então reemitido pelo átomo. Isso resulta na onda sendo espalhada ou difratada de forma ordenada, devido ao arranjo ordenado dos átomos no cristal. Dependendo do tamanho, arranjo espacial, e distância entre os átomos, a onda é espalhada em diferentes direções com diferentes intensidades. Assim, a estrutura atômica é capturada como sinais, como uma fotografia do cristal durante e após a passagem da onda de choque. Isso pode ser usado para decodificar a deformação do cristal.

Motivado por isso, os pesquisadores realizaram um experimento para observar o processo de deformação da folha de alumínio policristalino quando submetida a uma onda de choque impulsionada por laser. Esta perturbação foi então capturada como pontos de difração de um feixe de raios-X que podem ser comparados simultaneamente com o padrão de difração do cristal pré-choque (Fig. 1). Eles descobriram que grandes grãos de alumínio foram girados, comprimido elasticamente, e reduzido em tamanho ao longo da direção da onda. À medida que a onda se propagava mais profundamente na amostra, os pontos de difração suavizados e alargados, e os pontos de difração originais começaram a desaparecer, substituído por um novo conjunto de manchas (Fig. 2). “Observamos refinamento de grãos e mudanças estruturais do metal policristalino, que aumentou com a propagação da onda de choque impulsionada por laser. Esse, por sua vez, possibilitou o estudo da deformação microestrutural em fluxos de choque plástico do nível atômico ao de mesoescala, "declarou o Dr. Kohei Ichiyanagi da Organização de Pesquisa do Acelerador de Alta Energia e da Universidade Médica Jichi.

A pesquisa contemporânea de mudanças estruturais pós-choque de materiais muitas vezes falha em destacar o processo de dissipação de ondas e a distribuição de defeitos. Esta pesquisa muda o status quo, fornecendo um método para observar o refinamento de grãos e mudanças estruturais, incluindo dureza superficial e modificação, de metal policristalino durante o carregamento da onda de choque. Otimista sobre o potencial desta pesquisa, O professor Kazutaka G. Nakamura, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, disse:"Nossa técnica será valiosa para revelar mecanismos de mudança microestrutural para várias ligas e cerâmicas com base em processos dinâmicos."

Certamente, isso mostra as maneiras criativas de expandirmos o alcance do que somos capazes de ver:desta vez, é como os raios X podem ser usados ​​para capturar como as partículas são agitadas e agitadas!