«Мы хотели проверить пределы этого закона и выяснить, сохраняется ли упрочнение границ зерен, когда металлы подвергаются поистине экстремальным скоростям деформации, — рассказал Мостафа Хассани, соавтор исследования из Корнеллского университета. — То, что мы считали обычным подтверждающим экспериментом, принесло совершенно неожиданные результаты».

Для изучения поведения металлов при сверхбыстрых воздействиях команда использовала метод лазерно-индуцированного микроснарядного удара. Эта технология позволяет обстреливать образцы микроскопическими частицами на скоростях, превышающих скорость звука. До недавних технических достижений изучать эти сверхвысокие скорости деформации было сложно, сообщает IE.

Исследователи подготовили образцы меди с размером зерна от 1 до 100 микрометров. Такие размеры зерен обычно подчиняются закону Холла — Петча. При ударных испытаниях образцы с более крупной зернистостью неизменно демонстрировали меньшие вмятины и рассеивали больше кинетической энергии, что является признаком большей твердости.

Сперва ученые усомнились в полученных данных. Однако, перепроверив их и проведя повторные эксперименты, они получили тот же результат.

Объяснение этого феномена кроется в дислокациях, или особом поведении дефектов кристаллической решетки. При обычных скоростях деформации границы зерен блокируют движение дислокаций, что и делает металл прочнее. Однако при сверхвысоких скоростях дислокации движутся так быстро, что начинают интенсивно взаимодействовать с колебаниями атомов (фононами). Это фононное торможение дислокаций может значительно укреплять металл, но в мелкозернистых материалах такой эффект ослабевает или исчезает.

Хотя исследователи изучали образец меди, профессор Хассани утверждает, что такое поведение универсально. Его группа уже работает с другими металлами и сплавами и наблюдает ту же тенденцию.

Полученные знания могут быть использованы при проектировании материалов для легкой брони, щитов для космических аппаратов, а также для аддитивного производства металлических компонентов.

Смесь индия и галлия сохраняет жидкое состояние при комнатной температуре и обладает отличной электропроводностью. Из волокон этого сплава исследователи из Швейцарии изготовили электронный датчик, который можно вплести в ткань одежды.