Vědci sledovali mikroskopická zemětřesení v kovech

Plastická deformace většiny kovových materiálů se na makroskopické úrovni vyznačuje hladkým a homogenním tečením, které je výsledkem složení mnoha lokálních procesů plastické deformace probíhajících současně.

Na mikroskopické úrovni je tomu ale jinak. Proces je nehomogenní a nespojitý, na záznamu zpravidla pozorujeme nahodilé skoky deformačního napětí. Příčinou tohoto rozdílu je fakt, že přechodem na mikroskopickou úroveň se plně projeví redistribuce čárových poruch krystalu (dislokací) v důsledku přiloženého mechanického napětí. Na povrchu vzorku pak můžeme pozorovat nepravidelné skluzové čáry, jak ukazuje krátké video na kanálu YouTube.

Související

Martin Pokorný

Relativita času. Astronomové zvou na výstavu…

Martin Pokorný

Vědci nově vyrábějí chemikálie a průmyslové…

Vědci z Univerzity Karlovy, Univerzity Loránda Eötvöse v Budapešti (Maďarsko) a École des Mines de Saint-Étienne (Francie) vyvinuli velmi citlivé mikromechanické zařízení, které představuje nanoindentor, tedy zařízení umožňující studium mechanických vlastností na velmi malých (mikroskopických) vzorcích.

Nanoindentor je umístěn v komoře rastrovacího elektronového mikroskopu, což umožňuje sledovat probíhající plastickou deformaci s velkým prostorovým rozlišením. „Nejdůležitější inovací je nicméně možnost záznamu akustické emise (AE), tj. elastického vlnění uvolněného v důsledku pohybu dislokací během deformace. Jako první jsme ukázali, že energie AE vyzářená dislokacemi během jednoho skoku na deformační křivce je přímo úměrná uložené deformační energii,“ vysvětluje Dr. Michal Knapek z katedry fyziky materiálů Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy, spoluautor studie, kterou v dubnu zveřejnil renomovaný časopis Nature Communications. Záznam AE získaný se vzorkovací frekvencí 2,5 MHz podává velmi podrobnou informaci o dynamice pohybu dislokací. „Statistická analýza dat AE mimo jiné ukázala, že navzdory tomu, že skok napětí na deformační křivce se jeví jako jedna izolovaná událost, ve skutečnosti jde o výsledek několika korelovaných a kolektivních skluzů dislokací na mikrosekundové časové škále,“ dodávají doc. Chmelík a prof. Máthis, další spoluautoři článku.

Nejpřekvapivějším výsledkem studie je nalezení analogie mezi dislokačním skluzem a zemětřesením. Navzdory zcela rozdílným mechanismům posuvu tektonických vrstev, resp. plastické deformace kovů, oba procesy vykazují identické statistické charakteristiky, např. pokud jde o parametry rozdělení otřesů následujících hlavní otřes, či událostí následujících po kolektivním uvolnění dislokací v důsledku působícího napětí. Tento objev tak otevírá nové perspektivy výzkumu v seismologii a ve fyzice materiálů.

Zdroj: Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy, Nature Communications