Eine neue Theorie hat endlich die physikalischen Mechanismen des Bruchs in weichen Materialien entschlüsselt. Diese Entdeckung könnte bald zu neuen, defektfreien Materialien führen, die widerstandsfähiger und langlebiger sowie umweltfreundlicher sind. Der Artikel „Elastic instability behind spröde bruch“ wurde kürzlich veröffentlicht. veröffentlicht von Briefe zur körperlichen Überprüfung.
„Wir haben herausgefunden, dass sich Brüche von der freien Oberfläche des Materials aus ausbreiten, ausgehend von einer elastischen Instabilität, die die Symmetrie des Objekts zerstört. Dann weitet sich der Bruch drastisch aus und es bildet sich ein komplexes Netzwerk von Rissen, die sich wie ein Turbulenzphänomen ausbreiten, ähnlich dem, was wir in Flüssigkeiten beobachten, etwa bei der Wirbelbildung“, erklärt Pasquale Ciarletta vom MOX-Labor der Fakultät für Mathematik am Politecnico di Milano.
Diese Entdeckung regt bedeutende Anwendungen in verschiedenen Technologiebereichen an. Beispielsweise bei der Herstellung von Mikro- und Nanogeräten, bei denen die Materialien extrem widerstandsfähig und fehlerfrei sein müssen.
Das Verständnis der Rissbildung kann zur Entwicklung robusterer und langlebigerer Materialien führen.
Im Bereich der Unterhaltungselektronik könnte dies zur Entwicklung von Geräten wie Smartphones, Tablets und Laptops führen, deren Bildschirme Stößen und Stürzen besser standhalten, wodurch die Häufigkeit von Reparaturen und Austausch verringert wird. Im medizinischen Bereich könnten implantierbare Geräte wie Herzschrittmacher und Prothesen von sichereren und langlebigeren Materialien profitieren, was die Gesundheit der Patienten entscheidend verbessern würde. In der Luft- und Raumfahrtindustrie kann das Verständnis und die Vermeidung von Materialbrüchen zu robusteren und zuverlässigeren Strukturen führen und so die mit der Raum- und Luftfahrt verbundenen Risiken verringern.
„Die Ergebnisse dieser Forschung ebnen nicht nur den Weg für zukünftige Studien zur Entwicklung von Materialien mit beispiellosen mechanischen Eigenschaften, sondern wirken sich auch positiv auf die Umwelt aus, da sie den Bedarf an häufigen Produktaustauschen verringern und weniger Abfall verursachen. Dies kann zu einer nachhaltigeren Produktion und einer effizienteren Nutzung natürlicher Ressourcen beitragen“, schließt Davide Riccobelli von der Fakultät für Mathematik am Politecnico di Milano.
Die Studie wurde von einem internationalen Forscherteam unter der Leitung von Riccobelli und Ciarletta am Politecnico di Milano in Zusammenarbeit mit der Sorbonne Université, der École Polytechnique und ESPCI in Paris durchgeführt und zeigt, dass internationale Zusammenarbeit weiterhin eine entscheidende Rolle bei der Erweiterung der Grenzen der Materialwissenschaften spielt.
Mehr Informationen:
D. Riccobelli et al, Elastische Instabilität hinter Sprödbrüchen, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.248202. An arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2311.17372