http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2006-04-28
几乎每种材料终有一天会开裂以至毁坏。材料为何会开裂?马克思•普朗克研究所和麻省理工学院的两位材料学家提出了一种“动态碎裂不稳定性”理论,可以用于解释物体碎裂或材料老化。
材料学家马库斯•比勒和高华建说,在塑料变脆、金属易碎或墙面开始出现裂痕时,很可能是微变化过程开始了。
两位学者利用高效率计算机模拟不同物质裂缝的扩大。他们发现,轻缓的裂缝或多或少都是直线形的,并在物质上留下了光滑的表面。一旦裂缝开始扩大,它就会变得不规则,突然改变方向并分叉。与此前的解释模型相比,马库斯•比勒和高华建能够通过模拟,准确地描述多种物质的裂缝扩大,并从结果中推导出一种普遍理论。那么,区别在哪里呢?
比勒解释说:“必须对原子键破裂时的物质状况进行观察,而不能只考虑在受到较小拉力情况下的物质原子键的断裂。而这需要能量,一个正在扩大的裂缝直接从裂缝的顶部得到能量。所需的能量储存在还未遭破坏、富有弹性的原子键合中,就像是一根被拉紧的皮筋。结果在裂缝的顶部出现了‘超弹性’,即在极小的空间内出现了极大的拉力。”比勒认为,这时量子物理过程起了重要作用,并由此导致了整个裂缝的扩大。超弹性改变了物质特征,能量以极高的速度被传送到裂缝顶部。这样,裂缝就迅速扩大,速度甚至超过了音速,而后者通常被认为是一切机械变化过程的极限速度。该理论也可能揭示了研究人员不久前首次发现的“超音速裂缝”现象。
[科技日报]