La technique offre un nouvel aperçu de la façon dont les matériaux réagissent aux contraintes

La technique offre un nouvel aperçu de la façon dont les matériaux réagissent aux contraintes

Résumé graphique. Crédit: Documents écrits (2023). DOI : 10.1016/j.scriptamat.2023.115403

Les chercheurs ont démontré des techniques qui fournissent des détails sans précédent sur la façon dont les matériaux se comportent lorsqu’ils sont exposés à une gamme de contraintes, y compris la contrainte de cisaillement. Le travail peut être utilisé pour informer le développement de tout, des nouveaux appareils électroniques aux textiles haute performance.

« Que vous développiez des appareils électroniques ou des applications textiles, il est important de comprendre comment les matériaux que vous utilisez répondront à diverses contraintes », explique Bharat Gwalani, auteur correspondant de deux articles sur le travail et professeur adjoint de science et d’ingénierie des matériaux. à l’Université d’État de Caroline du Nord. “En bref, vous devez savoir comment le matériau se comportera lorsqu’il sera utilisé.

“Nous avons démontré une technique in situ qui nous permet de voir comment les matériaux réagissent – à l’échelle nanométrique – lorsqu’ils sont rayés, indentés ou soumis à une contrainte de cisaillement”, explique Gwalani.

La contrainte de cisaillement fait référence à une contrainte appliquée dans une direction parallèle à la surface d’un matériau, par exemple lorsqu’un objet est traîné sur la surface d’un autre objet.

“Nous sommes également en mesure de surveiller les changements dans la structure du matériau et les propriétés mécaniques pendant une contrainte de cisaillement cyclique à forte contrainte, ce qui signifie que la contrainte de cisaillement est appliquée à plusieurs reprises”, explique Gwalanai. “Nous observons couramment des contraintes de cisaillement cycliques lorsque les surfaces se frottent les unes contre les autres. Et pour tous ces modes de contraintes, nous obtenons des évaluations spécifiques au site, ce qui signifie que nous pouvons voir ce qui se passe dans les zones immédiatement adjacentes à l’endroit où la contrainte est appliqué en temps quasi réel.”

Il est important d’améliorer notre compréhension des caractéristiques mécaniques d’un matériau sous contrainte, car cela indique précisément aux concepteurs comment le matériau se comportera lorsqu’il sera exposé à ces contraintes. En termes simples, la mesure des courbes “contrainte-déformation” nous indique à quel point un matériau s’étire, si le matériau se raidit ou s’assouplit, etc.

“Parce que ces techniques sont réalisées in situ, ce qui signifie qu’elles peuvent être réalisées sans retirer d’échantillons du matériau en vrac ; et parce que nous pouvons voir ce qui se passe dans les moindres détails ; et parce que tout cela se passe en temps quasi réel ; nous pouvons également voir comment les contraintes affectent la microstructure des matériaux », explique Gwalani. “Par exemple, nous pouvons identifier les” plans de glissement préférés “, ou les zones où les atomes du matériau glissent les uns contre les autres lorsque le matériau est déformé par la contrainte.”

“Il y a deux avancées significatives ici”, dit Gwalani. “Premièrement, c’est la première fois que quelqu’un démontre sa capacité à collecter ce niveau de détail dans les réponses mécaniques à la contrainte de cisaillement. Deuxièmement, nous sommes maintenant en mesure de voir exactement comment la microstructure des matériaux réagit à ces formes de contrainte.”

Auparavant, les chercheurs pouvaient voir à quoi ressemblait la microstructure d’un matériau avant et après l’application de ces types de contraintes. Les nouveaux travaux signifient que les chercheurs sont désormais en mesure de voir ce qui se passe dans la microstructure de ces matériaux tout au long du processus de déformation.

“Il existe des applications évidentes pour ce travail dans les domaines de l’aérospatiale, de l’automobile et de l’ingénierie céramique”, a déclaré Gwalani. “Nous pensons que ces techniques ont également un énorme potentiel pour faire progresser les travaux dans le domaine du stockage de l’énergie, des textiles, des semi-conducteurs et de la géochimie. Nous serions ravis d’entendre quiconque dans ces domaines serait intéressé à collaborer.”

Les chercheurs travaillent actuellement à faire progresser la capacité fondamentale de ces techniques de test afin qu’elles puissent être utilisées pour collecter des informations similaires à des températures extrêmement élevées ou basses.

Un article de revue sur la recherche impliquant l’indentation et la contrainte de cisaillement cyclique, “Modes of Strain Accommodation in Cu-Nb Multilayered Thin Film on Indentation and Cyclic Shear”, est publié dans la revue Surfaces et Interfaces. Cet article a été co-écrit par Mayur Pole, Zexi Lu, Tanvi Anil Ajantiwalay, Matthew Olszta, Shalini Tripathi, Anqi Yu, Hardeep Mehta, Tianhao Wang, Xiaolong Ma et Arun Devaraj, tous du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL).

Un article de journal consacré uniquement à la contrainte de cisaillement, “Shear Deformation of Pure-Cu and Cu/Nb Nano-laminates Using Micromechanical Testing”, est publié dans Documents écrits. Cet article a été co-écrit par Tanvi Ajantiwalay, Xiaolong Ma, Anqi Yu, Mayur Pole, Joshua Silverstein et Arun Devaraj du PNNL ; et par Suveen Mathaudhu de la Colorado School of Mines.

Plus d’information:
Tanvi Ajantiwalay et al, Déformation par cisaillement de nano-laminés de Cu pur et Cu / Nb à l’aide d’essais micromécaniques, Documents écrits (2023). DOI : 10.1016/j.scriptamat.2023.115403

Mayur Pole et al, Modes d’accommodation des contraintes dans les couches minces multicouches Cu-Nb sur l’indentation et le cisaillement cyclique, Surfaces et Interfaces (2023). DOI : 10.1016/j.surfin.2023.102712

Fourni par l’Université d’État de Caroline du Nord

Citation: La technique offre un nouvel aperçu de la façon dont les matériaux réagissent aux contraintes (14 mars 2023) récupéré le 14 mars 2023 sur https://techxplore.com/news/2023-03-technique-insight-materials-stresses.html

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