科学家受到地震启发 设计制造出更坚固的材料

研究人员正在利用云母和地震统计数据的洞察力来了解建筑、桥梁和太阳能电池板等基础设施的材料退化情况。 他们测试了不同化学条件下的云母，以分析其弹性和失效情况。

现在，材料科学家们正在利用一种对常见矿物的了解以及地震和雪崩统计数据，来测量恶劣的环境条件如何影响材料的降解和失效。 这种方法可以提高先进太阳能电池板、碳封存系统以及建筑物、道路和桥梁等基础设施的耐用性。

这项新研究由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校牵头，与桑迪亚国家实验室和巴克内尔大学合作完成，研究揭示了施加在麝香云母表面的应力所产生的变形量取决于矿物的物理表面状况，并遵循与地震和雪崩类似的统计模式。

这项研究发表在今天（11 月 6 日）出版的Nature Communications杂志上。

白云母被广泛应用于材料科学领域，以其极其平整的片状层而闻名，因此极易受到恶劣环境条件的影响。 资料来源：Karin Dahmin

在选择工程应用材料时，科学家们希望了解材料表面与使用环境之间的相互作用。 同样，地质学家也希望了解矿物与断层沿线地下水之间的化学反应会如何缓慢地削弱岩石，并在称为化学机械削弱的过程中导致快速的机械破坏。

研究生乔丹-西克尔（Jordan Sickle）与伊利诺伊州物理学教授卡琳-达门（Karin Dahmen）共同领导了这项研究。

"之所以选择白云母进行这项研究，主要是因为这种材料非常平整，"Dahmen 说。"它的每一层薄片都平整到原子水平。 由于这种平整度，这种材料的表面与其环境之间的相互作用就显得尤为重要"。"

为了测量白云母表面的化学机械弱化，桑迪亚国家实验室将样品暴露在不同的化学条件下--干燥、浸没在去离子水中以及 pH 值为 9.8 和 12 的盐溶液中。 在暴露过程中，一种名为纳米压头的仪器会戳穿矿物表面，并记录材料在受控机械载荷下的位移或失效情况。

研究人员发现，在干燥条件下，白云母在失效前的变形程度比在潮湿条件下更大。 在失效时，每种条件下的样品都会释放出其储存的弹性能量。 研究报告指出，当白云母暴露在 pH 值为 9.8 或 12 的碱性溶液中时，表层会变弱，在发生破坏前可存储的能量会减少，这反映在爆裂统计中。

Sickle 说："与高功率的详细模拟模型相比，这项工作的成果使研究人员能够更快地测试材料的失效。通过证明我们可以使用已经存在的地震统计模型观察到相同的结果，研究人员将能够进行比以前更高通量的材料分析。"

编译自/ScitechDaily