התמודדות עם נזק: תיאוריה חדשה חושפת סודות של התנגדות לשברים

מחקר חדש חשף את מנגנוני השבר בחומרים רכים, מה שהוביל להתקדמות פוטנציאלית ביצירת חומרים עמידים ללא פגמים עם יתרונות רחבי היקף בתעשיות שונות והשפעות סביבתיות חיוביות.

תיאוריה פורצת דרך חשפה את המנגנונים הפיזיקליים מאחורי שברים בחומרים רכים. תגלית מהפכנית זו מבטיחה פיתוח של חומרים נטולי פגמים עם עמידות ועמידות משופרים, התורמים לקיימות סביבתית. המחקר פורסם לאחרונה ב מכתבי סקירה פיזית.

"גילינו ששבר מתפשט מהמשטח החופשי של החומר, החל מחוסר יציבות אלסטית השוברת את הסימטריה של האובייקט. לאחר מכן, הקרע מתרחב בצורה דרסטית עם רשת מורכבת של סדקים המתפשטת כמו תופעת מערבולות בדומה למה שאנו רואים בנוזלים, כמו במהלך היווצרות מערבולת", מסביר פסקואלה סיארלטה ממעבדת MOX, המחלקה למתמטיקה בפוליטקניקו די מילאנו.

השלכות על פני תעשיות

גילוי זה מעורר יישומים משמעותיים במגזרים טכנולוגיים שונים. למשל, בייצור של מכשירי מיקרו וננו, שבהם החומרים צריכים להיות עמידים במיוחד וללא פגמים. הבנה כיצד נוצרים סדקים יכולה להוביל לעיצוב חומרים חזקים ועמידים יותר. בתחום האלקטרוניקה הצרכנית הדבר עלול להוביל ליצירת מכשירים כמו סמארטפונים, טאבלטים ומחשבים ניידים עם מסכים עמידים טוב יותר לזעזועים ונפילות ובכך להפחית את תדירות התיקונים וההחלפות. במגזר הרפואי, מכשירים הניתנים להשתלה כמו קוצבי לב ותותבות יכולים להפיק תועלת מחומרים בטוחים ועמידים יותר, ולשפר באופן קריטי את בריאות המטופל.

בתעשייה האווירית, הבנה ומניעת שברים בחומר יכולים להוביל למבנים חזקים ואמינים יותר, להפחית את הסיכונים הכרוכים בנסיעות בחלל ובאוויר. "תוצאות המחקר הזה לא רק סוללות את הדרך למחקרים עתידיים שמטרתם פיתוח חומרים בעלי תכונות מכניות חסרות תקדים, אלא גם בעלות השפעה סביבתית חיובית על ידי הפחתת הצורך בהחלפות מוצרים תכופות והפחתת הפסולת. זה יכול לתרום לייצור בר-קיימא יותר ולשימוש יעיל יותר במשאבי טבע", מסכם דויד ריקובלי מהמחלקה למתמטיקה בפוליטקניקו די מילאנו.

המחקר נערך על ידי צוות בינלאומי של חוקרים, בראשות Politecnico di Milano על ידי Davide Riccobelli ו-Pasquale Ciarletta, בשיתוף עם אוניברסיטת סורבון, אקול פוליטכניק ו-ESPCI בפריז, והוכיחו כי שיתופי פעולה בינלאומיים ממשיכים לשחק תפקיד מכריע בדחיפת גבולות של מדעי החומרים.