Naučnici su koristili računarske simulacije kako bi bolje razumjeli mehanička svojstva staklastih materijala. Otkrili su da unutar stukture stakla u cjelosti staklenog predmeta postoji mreža koja staklu daje čvrstoću.
Istraživači predvođeni Univerzitetom u Tokiju upotrijebili su novi računalni model za simulaciju mreža čestica koje nose silu koje amorfnim čvrstim tijelima daju čvrstoću iako im nedostaje strukturni redoslijed. Ovo novo otkriće može dovesti do novog napretka u proizvodnji stakla visoke čvrstoće, koje će se moći koristiti za kuhanje, upotrebu u industriji i proizvodnji pametnih telefona.
Amorfne čvrste supstance poput stakla - iako su lomljive i imaju sastavne čestice koje ne čine uređene rešetke - mogu posedovati iznenađujuću čvrstoću i krutost. To je još neočekivanije jer amorfni sistemi također pate od velikih anharmonskih fluktuacija. Tajna je unutrašnja mreža čestica koje nose silu koja se proteže kroz čitavu čvrstu supstancu koja sistemu daje snagu. Ova razgranata, dinamična mreža djeluje poput kostura koji sprečava da materijal popušta naprezanju iako čini samo mali dio ukupnih čestica. Međutim, ova mreža nastaje tek nakon "perkolacijskog prijelaza" kada broj čestica koje nose sile prelazi kritični prag. Kako se gustina ovih čestica povećava, vjerovatnoća da se mreža koja se provlači s jednog kraja na drugi povećava od nule do gotovo izvjesne.
Sada su naučnici sa Instituta za industrijske nauke sa Univerziteta u Tokiju koristili računarske simulacije kako bi pažljivo pokazali nastanak ovih propusnih mreža dok se amorfni materijal hladi do temperature staklene tranzicije. U ovim proračunima, binarne smjese čestica modelirane su s odbojnim potencijalima konačnog raspona. Tim je otkrio da je čvrstoća amorfnih materijala pojava koja nastaje uslijed samoorganizacije poremećene mehaničke arhitekture.
"Na nultoj temperaturi, zaglavljeni sistem pokazat će dugotrajnu korelaciju stresa zbog svoje unutarnje mreže za prodiranje. Ova simulacija pokazala je da isto vrijedi i za staklo i prije nego što se potpuno ohladilo", kaže prvi autor Hua Tong.
Okosnica koja nosi silu može se prepoznati razumijevanjem da čestice u ovoj mreži moraju biti povezane s najmanje dvije jake veze sile. Nakon hlađenja, broj čestica koje nose silu raste, sve dok se mreža koja se proteže kroz sistem ne poveže.
"Naša otkrića mogu otvoriti put ka boljem razumijevanju amorfnih krutina iz mehaničke perspektive," kaže stariji autor Hajime Tanaka. Budući da je kruto, izdržljivo staklo izuzetno cijenjeno za pametne telefone, tablete i posuđe, ovo otkriće može naći mnoge praktične primjene.

www.sciencedaily.com