Figura 1. O diagrama esquemático da configuração experimental e a imagem do padrão de difração de raios-X. Alvo de folha de metal fino é impulsionado por uma onda de choque gerada por laser de potência focada (lado inferior na Fig. 1). Irradiar o XFEL para a amostra posterior é observar os fenômenos de fratura de ultra alta velocidade. A sequência de imagens dos instantâneos de difração de raios-X com uma exposição de femto-segundo é obtida por experimentos repetidos que alteram o intervalo de tempo entre o laser de potência e o XFEL. Crédito:Universidade de Osaka
Já imaginou, durante o cruzeiro em 36, 000 pés sobre o Atlântico, o que aconteceria se um pedaço de satélite, asteróide, ou outros detritos colidiram com sua aeronave?
A fratura dinâmica é a fragmentação de um material devido ao estresse, como durante o impacto. Isso é importante para a blindagem de detritos de materiais usados em aeronaves, nave espacial, satélites, reatores nucleares e blindagem, bem como em engenharia e manufatura em geral.
Até agora, a fratura dinâmica de materiais só foi observada usando técnicas de grande escala, como medir a velocidade dos fragmentos ou examinar amostras forenses. A fratura dinâmica em escala atômica só poderia ser estudada usando simulações de computador, uma vez que a faixa de tamanho que pode ser observada em materiais por técnicas experimentais era muito estreita. Contudo, isso mudou graças a uma nova técnica relatada por uma equipe liderada pela Universidade de Osaka para observar diretamente a fratura dinâmica em metais.
Os pesquisadores usaram uma bomba de laser e uma sonda de raios-X para detectar o movimento, como alongamento e compressão, na estrutura atômica do tântalo sob alto estresse. Especificamente, um laser produz um choque em um pedaço fino de tântalo, um metal usado em ligas para aumentar sua força e resistência à corrosão. A sonda de raios X mede então o espaçamento dos átomos no lado oposto do tântalo. Esta técnica é extremamente sensível a átomos próximos à superfície, quais são os que estão mais intimamente associados a danos superficiais.
Figura 2. acima:Seção transversal de fragmentação típica de um material. Grandes danos na parte inferior da superfície posterior são claramente vistos. Abaixo:Distribuição de detritos espaciais na órbita terrestre. Detritos com velocidade superior a 10 km / s existem e podem causar sérios danos (em estações espaciais e satélites). Crédito:ESA &NASA
"A evolução da deformação da rede associada à fratura ultrarrápida no tântalo é dada por uma série de tempo de padrões de difração de raios-X, "explica o Dr. Bruno Albertazzi." Esta deformação mostra-nos a parte chocada do tântalo, que é extremamente pequeno, mas o choque viaja através do tântalo a quase cinco quilômetros por segundo. "Portanto, não deve ser surpresa que a resistência do tântalo seja comprometida. As medições, realizado no complexo síncrotron Spring-8 no Japão, mostram uma diminuição no espaçamento dos átomos de tântalo imediatamente antes da fratura. A equipe valida suas observações, demonstrando uma correspondência próxima com simulações de computador.
Esta técnica pode ser usada para investigar trincas em alta velocidade e outros efeitos relacionados ao estresse. "Este método preenche a lacuna na compreensão da relação entre a estrutura atômica e as propriedades do material, "diz o professor associado Norimasa Ozaki. O movimento na estrutura atômica de um material sob estresse agora pode ser observado em tempo real, e uma propriedade importante do material - a tensão necessária para a fratura - pode ser determinada. Esse conhecimento beneficiará o projeto e a fabricação de equipamentos e tecnologias onde a resistência ao impacto é fundamental.
