Группа международных учёных под руководством профессора Марко Сальвалальо из Дрезденского технического университета выяснила, что внутренние напряжения играют ключевую роль в формировании микроструктуры кристаллических материалов. Это открытие ставит под сомнение классические теории и может улучшить проектирование материалов для инженерии и технологий. Результаты исследования недавно были [опубликованы](https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2500707122) в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Поликристаллические материалы состоят из множества крошечных кристаллов, называемых зёрнами, и встречаются повсюду: от горных пород в природе до металлов и керамики в технике. Расположение этих зёрен и их изменение со временем сильно влияют на такие важные свойства, как прочность, гибкость и [электропроводность](https://phys.org/tags/electrical+conductivity/). Понимание того, что вызывает эти изменения, особенно роль внутренних напряжений внутри материала, является ключом к объяснению поведения материалов и созданию более совершенных материалов для конкретных целей.
Используя передовые компьютерные моделирования и теоретическое моделирование, Сальвалальо и его команда продемонстрировали, что сдвиговые деформации и внутренние механические напряжения, возникающие при перемещении границ зёрен, играют решающую роль в эволюции микроструктур. Такой механизм, известный как «сдвиговая связь», может сильно влиять на форму и поведение зёрен, заставляя их рост отклоняться от классических теорий.
Это открытие помогает объяснить, почему реальные поликристаллы часто ведут себя иначе, чем предсказывалось, и может привести к созданию более совершенных способов проектирования материалов для конкретных целей: от более прочных металлов до более эффективной электроники. Оно также подчёркивает, что отличает кристаллические материалы от других систем, таких как пены или эмульсии: они способны выдерживать деформации.
«Исследование роли внутренних напряжений в эволюции микроструктур в поликристаллических материалах стало основным направлением нашей работы, начатой несколько лет назад, начиная с формулировки специальной континуальной модели и предварительного исследования миграции границ зёрен. Было особенно интересно осознать, что эта работа помогает объяснить ранее необъяснённые экспериментальные наблюдения и предлагает фундаментальный пересмотр и обновление классических теорий», — говорит Сальвалальо.
«До сих пор наша работа была сосредоточена в основном на напряжениях, генерируемых движением границ в однокомпонентных поликристаллических системах. Теперь, когда у нас есть основа, следующим шагом будет изучение взаимодействия с другими механизмами, такими как пластическая релаксация внутри зёрен, и исследование аналогичных явлений в многокомпонентных материалах», — отмечает Сальвалальо.
Предоставлено [Дрезденским техническим университетом](https://phys.org/partners/dresden-university-of-technology/).