התקדמות חדשה במחקר אנטי אייג'ינג של חומרי זכוכית

לאחרונה, המכון למכניקה של האקדמיה הסינית למדעים שיתף פעולה עם חוקרים מבית ומחוץ כדי לעשות התקדמות חדשה באנטי-אייג'ינג של חומרי זכוכית, ולראשונה הבין בניסוי את המבנה הצעיר ביותר של זכוכית מתכתית טיפוסית ב סולם זמן מהיר במיוחד. התוצאות הקשורות נקראות התחדשות קיצונית אולטרה-מהירה של משקפיים מתכתיים על ידי דחיסת הלם, שפורסמו ב-Science Advances (Science Advances 5: eaaw6249 (2019)).

לחומר הזכוכית המט-יציב יש נטייה של הזדקנות ספונטנית למצב שיווי משקל תרמודינמי, ובמקביל, הוא מלווה בהידרדרות של תכונות החומר. עם זאת, באמצעות הזנת אנרגיה חיצונית, חומר הזכוכית המזדקן יכול להצעיר את המבנה (התחדשות). תהליך האנטי אייג'ינג הזה תורם מצד אחד להבנה הבסיסית של ההתנהגות הדינמית המורכבת של זכוכית, מצד שני הוא גם תורם ליישום הנדסי של חומרי זכוכית. בשנים האחרונות, עבור חומרי זכוכית מתכתיים עם סיכויי יישום רחבים, הוצעו סדרה של שיטות התחדשות מבנית המבוססות על דפורמציה לא-אפיני על מנת לשלוט ביעילות בתכונות המכניות והפיזיקליות של החומרים. עם זאת, כל שיטות ההתחדשות הקודמות עובדות ברמות מתח נמוכות יותר ודורשות סולם זמן ארוך מספיק, ולכן יש להן מגבלות גדולות.

חוקרים שהתבססו על טכנולוגיית פגיעת הלוח הכפול של מכשיר אקדח הגז הקל, הבינו שהזכוכית המתכתית הטיפוסית המבוססת על זירקוניום התחדשה במהירות לרמה גבוהה תוך כ-365 ננו-שניות (מיליון מהזמן שלוקח לאדם למצמץ עַיִן). האנתלפיה מופרעת ביותר. האתגר של טכנולוגיה זו הוא ליישם מספר טעינה חד פעמית ברמת GPa ופריקה אוטומטית חולפת על זכוכית מתכתית, כדי למנוע כשל דינמי של חומרים כגון פסי גזירה והתפרקות; במקביל, על ידי שליטה במהירות הפגיעה של העלון, המתכת ההתחדשות המהירה של הזכוכית "קופאת" ברמות שונות.

חוקרים ערכו מחקר מקיף על תהליך ההתחדשות המהיר במיוחד של זכוכית מתכתית מנקודות מבט של תרמודינמיקה, מבנה רב קנה מידה ודינמיקה של פונון "Bose peak", וגילו כי ההתחדשות של מבנה הזכוכית מגיעה מאשכולות בקנה מידה ננו. נפח חופשי המושרה על ידי מצב "מעבר גזירה". בהתבסס על מנגנון פיזיקלי זה, מוגדר מספר דבורה חסר מימד, המסביר את האפשרות של סולם הזמן של התחדשות מהירה במיוחד של זכוכית מתכתית. עבודה זו הגדילה את טווח הזמן לחידוש מבני זכוכית מתכתיים ב-10 סדרי גודל לפחות, הרחיבה את תחומי היישום של סוג זה של חומר, והעמיקה את ההבנה של אנשים לגבי הדינמיקה האולטרה-מהירה של זכוכית.