วัสดุสร้างโลกรอบตัวเรา มีอยู่ทั่วไป ตั้งแต่ไม้ พลาสติก และเซรามิกในบ้านของเรา ไปจนถึงโลหะและคอนกรีตที่ใช้สร้างอาคารและสะพาน แต่เมื่อเวลาผ่านไป วัสดุสามารถย่อยสลายได้ โครงสร้างเปลี่ยนแปลง มีความน่าเชื่อถือน้อยลง และบางครั้งอาจล้มเหลวโดยสิ้นเชิง – ซึ่งมีผลที่ตามมาอย่างหายนะ ความท้าทายอย่างหนึ่งของวัสดุทางวิศวกรรม เช่น เหล็ก คือต้องแน่ใจว่าวัสดุเหล่านี้
มีอายุการใช้งาน
ยาวนานที่สุด นั่นหมายถึงการหาวิธีที่จะต่อต้านกระบวนการ “ย่อยสลายของวัสดุ” เช่น ความเหนื่อยล้าจากความเครียดเป็นวงจร การคืบ (การเปลี่ยนรูปช้า) เกิดจากความเค้นเชิงกลที่อุณหภูมิสูง การสึกหรอจากชิ้นส่วนที่เสียดสีกัน และการกัดกร่อนที่เกิดจากสารเคมีในสิ่งแวดล้อม รวมทั้งน้ำ เกลือ
และก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนการย่อยสลายสามารถก่อตัวขึ้นได้อย่างละเอียดจนกระทั่งโครงสร้างทั้งหมดพังทลายลงในทันใดการทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของวัสดุในระหว่างกระบวนการเหล่านี้อาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย เนื่องจากกลไกพื้นฐานมักเกิดขึ้นในระดับอะตอม การเคลื่อนไหวหรือปฏิกิริยาเล็กน้อย
ของอะตอมแต่ละอะตอมนั้นไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยประสาทสัมผัสของมนุษย์ แต่เมื่อเพิ่มจำนวนขึ้นเป็นพันล้านหรือหลายล้านล้านอะตอม พวกมันจะสร้างการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในวัสดุ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจเกิดขึ้นในระดับเล็กๆ เป็นเวลาหลายปีก่อนที่จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลง
ที่สังเกตได้ชัดเจนในส่วนประกอบ และการเสื่อมสภาพอาจก่อตัวขึ้นอย่างละเอียดจนกระทั่งโครงสร้างทั้งหมดพังทลายลงในทันใดคริสตัลที่ไม่สมบูรณ์วัสดุที่สำคัญหลายชนิด เช่น โลหะ ซิลิกอน หรือเพชร เป็นคริสตัล ซึ่งเป็นหน่วยของอะตอมที่มีการเรียงลำดับสูง การก่อตัวเป็นโครงตาข่ายแบบปกติ
สามารถสร้างคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากมาย เช่น ความแข็งแรง การนำความร้อน การนำไฟฟ้า และความโปร่งใสทางแสง แม้ว่าคุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานและได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยโครงสร้างผลึกที่สมบูรณ์แบบ แต่ความเบี่ยงเบนจากความสมบูรณ์แบบนั้นเป็นกุญแจสำคัญ
ในการเสื่อม
สภาพของวัสดุข้อบกพร่องในความสมบูรณ์แบบ“จุดบกพร่อง” เหล่านี้สามารถมีได้หลายรูปแบบ กรณีที่ง่ายที่สุดคืออะตอมที่ขาดหายไป หรือความว่าง ในตาข่ายซ้ำ (รูปที่ 1) ข้อบกพร่องระยะยาวที่ซับซ้อนมากขึ้น ได้แก่ การเคลื่อนตัว ซึ่งเส้นทั้งหมดหรือเกลียวของอะตอมอาจไม่อยู่กับที่
นอกจากนี้ยังมีขอบเขตของเกรนซึ่งบริเวณของผลึกที่ก่อตัวขึ้นในมุมต่างๆ มาบรรจบกัน ซึ่งสามารถทิ้งแนวของอะตอมที่มีพันธะที่ไม่ตรงแนวได้ การรวมองค์ประกอบทางเคมีเพิ่มเติมเข้ากับวัสดุอาจทำให้โครงสร้างของวัสดุซับซ้อนมากยิ่งขึ้น เฟสใหม่ที่เรียกว่าการตกตะกอนสามารถก่อตัวขึ้นได้
และเนื่องจากสิ่งเหล่านี้น่าจะมีโครงสร้างที่แตกต่างกันสำหรับผลึกจำนวนมาก จึงทำให้เกิดบริเวณที่มีคุณสมบัติต่างกัน เมื่อข้อบกพร่องประสบกับอิทธิพลภายนอก เช่น แรงเค้น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ หรือแม้แต่การโจมตีทางเคมี ปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนและน่าสนใจมากมายสามารถเกิดขึ้นได้
อะตอมที่มีข้อบกพร่องไม่มีโครงสร้างพันธะแบบเดียวกับในผลึกหลัก และอาจขาดพันธะไปโดยสิ้นเชิง ซึ่งหมายความว่าข้อบกพร่องจะเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่าภายใต้ความเครียด และสามารถทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ เพื่อสร้างพันธะใหม่ได้ง่ายกว่า การทำความเข้าใจว่าข้อบกพร่องง่ายๆ
ได้รับผลกระทบจากกลไกการย่อยสลายเพียงครั้งเดียว เช่น ความเครียด อุณหภูมิ หรือปฏิกิริยาเคมีที่เพิ่มขึ้นได้อย่างไรนั้นค่อนข้างตรงไปตรงมา แต่ส่วนประกอบในสะพาน เครื่องบิน หรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อาจมีปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวหลายพันล้านครั้งในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน การเปิดเผยว่า
กระบวนการระดับจุลทรรศน์แต่ละกระบวนการรวมกันเป็นการเปลี่ยนแปลงระดับมหภาคที่ซับซ้อนในส่วนประกอบต่างๆ นั้นเป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างมาก แต่เครื่องมือและแนวทางที่เป็นนวัตกรรมใหม่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุสามารถศึกษาปัญหาการย่อยสลายเหล่านี้ในรูปแบบใหม่ๆ ได้อย่างไร
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง
การเพิ่มขึ้นของกล้องจุลทรรศน์ความเร็วสูงทำให้เราสามารถระบุลักษณะข้อบกพร่องในระดับอะตอมได้รวดเร็วขึ้นและครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่กว่าที่เคยเป็นมา ในขณะเดียวกัน เทคนิคต่างๆ เช่น การเรียนรู้ของเครื่อง การจดจำรูปภาพ และการประมวลผลข้อมูล หมายความว่าเราสามารถ
ศึกษาชุดข้อมูลที่ใหญ่กว่าได้ เมื่อนำมารวมกัน เรากำลังได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่ในระดับอะตอมว่าวัสดุต่างๆ เสื่อมสภาพอย่างไร ซึ่งจะช่วยให้เราคาดการณ์ได้ดีขึ้นว่าในที่สุดวัสดุจะพังได้อย่างไร การแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้นวิธีหนึ่งที่ซับซ้อนเป็นพิเศษในการทำให้วัสดุเสื่อมสภาพคือ “การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด” (SCC) เกิดขึ้นในโลหะเมื่อวัสดุที่ไวต่อความเค้นสูง
ในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน โดยปัจจัยทั้งสามนี้จะนำไปสู่การแตกร้าวอย่างกะทันหันและไม่คาดคิดในที่สุด SCC สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งที่อุณหภูมิสูง เช่น ในเครื่องยนต์ของเครื่องบิน และวงจรน้ำหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และที่อุณหภูมิต่ำ เช่น ลมนอกชายฝั่งหรือแท่นน้ำมัน
โดยเฉพาะอย่างยิ่งในที่ที่มีเกลืออยู่ การนำวัสดุออกสู่ทะเลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในความเสี่ยง ผลลัพธ์สุดท้ายคือความล้มเหลวอย่างใหญ่หลวง เรือจม เครื่องยนต์พัง สะพานพัง และท่อส่งก๊าซระเบิดเพื่อให้เข้าใจกระบวนการล้มเหลวที่ไม่เหมือนใครนี้อย่างถ่องแท้ เราจำเป็นต้องหาวิธีเริ่มต้น
อย่างไรก็ตาม การดำเนินการนี้ทำได้ยากมากเนื่องจากเหตุการณ์เกิดขึ้นในเวลาสุ่ม และหากการแคร็กได้เริ่มขึ้นแล้ว ต้นกำเนิดของกระบวนการอาจซ่อนอยู่ในความเสียหายที่เกิดขึ้นเพื่อจัดการกับปัญหา ทีมงานของเราที่ มหาวิทยาลัยบริสตอลกำลังใช้วิธีกล้องจุลทรรศน์หลายวิธีในการดูรอยร้าว
Credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
