A mecânica da fratura ajuda os pesquisadores a aprender como o vidro quebra

Os pesquisadores obtiveram insights sobre como o vidro se quebra aplicando as teorias da mecânica da fratura a experimentos com vidro. Materiais frágeis, como o vidro, quebram por fratura quando são submetidos a forças ou tensões. A equipe criou o primeiro registro em alta velocidade e resolvido no tempo de fraturas em nanoescala que ocorrem em fibras de vidro à medida que se quebram.

Os cientistas usaram tomografia de raios X 3D na Advanced Photon Source (APS) de Argonne para criar um “vídeo” 3D dos processos de fratura no vidro. O experimento, conduzido na linha de luz 32-ID do APS, combina resolução espacial ultra-alta usando raios X duros com resolução de tempo submicrossegundo usando tomografia de alta velocidade pela primeira vez, permitindo assim novos insights sobre mecanismos de deformação e fratura de materiais.

Os resultados demonstram a forte influência de falhas e defeitos em nanoescala no comportamento da fratura. Além disso, as medições mostram a importância de uma camada amorfa em nanoescala de menor densidade ao redor das fibras de vidro nos processos de dano. As descobertas têm implicações diretas na falha de materiais frágeis em muitas aplicações de engenharia, como dispositivos eletrônicos, materiais de construção leves e vidros de proteção.

"A fratura do vidro é um fenômeno multiescala que envolve características de fratura nano e microscópicas que ocorrem em diferentes escalas de tempo e comprimento, o que torna a caracterização e compreensão dos mecanismos uma tarefa desafiadora", diz Robert Ritchie, professor do Departamento de Ciência de Materiais e Engenharia.

"O que torna estes resultados tão emocionantes não é apenas a beleza dos fenómenos observados", diz Weonho Yang, da Argonne, "mas também o facto de o comportamento da fractura observada poder ser explicado teoricamente em grande medida. Este nível de compreensão é novo no campo. "