Los científicos de materiales ahora pueden utilizar conocimientos de un mineral muy común y estadísticas bien establecidas de terremotos y avalanchas para predecir cómo las interacciones atmosféricas adversas afectan los paneles solares modernos, el secuestro geológico de carbono y la infraestructura. caminos y el puente
Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign en colaboración con los Laboratorios Nacionales Sandia y la Universidad Bucknell muestra que la cantidad de deformación causada por la tensión aplicada localmente en la superficie de la mica moscovita es la misma que la del mineral controlado. condición física de la superficie. y sigue la misma dinámica estadística observada en terremotos y avalanchas.
Los resultados del estudio han sido publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Al elegir materiales para aplicaciones de ingeniería, los científicos quieren saber cómo interactuará la superficie del material con el entorno en el que se utilizará. De manera similar, los geólogos quieren comprender cómo las reacciones químicas entre los minerales y el agua subterránea a lo largo de las fallas pueden debilitar lentamente las rocas y provocar repentinos estallidos de fallas mecánicas debido a un proceso llamado debilitamiento quimiomecánico.
“Si bien los intentos anteriores de cuantificar el efecto del debilitamiento quimiomecánico en materiales de ingeniería se han basado en modelos complejos de dinámica molecular que requieren importantes recursos computacionales, nuestro trabajo enfatiza el puente entre los experimentos de laboratorio y los fenómenos del mundo real, como los terremotos”, dijo el estudiante graduado Jordan. Scull, quien dirigió el estudio con Kern, profesor de física de Illinois. Dahmán.
“Se eligió moscovita para este estudio, principalmente debido a la extrema planitud del material”, dijo Dahmen. “Cada capa escamosa es plana a nivel atómico. Debido a esta planitud, la interacción entre la superficie de este material y su entorno es particularmente importante”.
Para medir el debilitamiento quimiomecánico en las superficies de moscovita, Sandia National Laboratories expuso las muestras a diferentes condiciones químicas: secas, sumergidas en agua desionizada y en soluciones salinas con pH de 9,8 y 12. Durante la exposición, un dispositivo conocido como nanoindentador asomó la superficie. La mineralización y los desplazamientos o fallas se registraron en el material de manera mecánica controlada. carga
Los investigadores descubrieron que en condiciones secas, la moscovita puede deformarse más antes de fallar que en condiciones húmedas. En caso de falla, las muestras en cada condición liberan su energía elástica almacenada. El estudio encontró que cuando la moscovita se expone a una solución básica a pH 9,8 o 12, la capa superior se debilita y se puede almacenar menos energía antes de que falle, que es la estadística de craqueo.
“Los resultados de este trabajo permiten a los investigadores probar la falla de los materiales más rápidamente que con modelos de simulación detallados y de alta potencia”, dijo Scull. “Al demostrar que podemos observar los mismos resultados utilizando modelos estadísticos preexistentes para terremotos, los investigadores podrán analizar materiales a un nivel más alto de lo que antes era posible”.
El Departamento de Energía de EE. UU. y los Laboratorios Nacionales Sandia apoyaron esta investigación.
