新方法可量化恶劣环境对材料的影响

新方法可量化恶劣环境对材料的影响

引用

中国科技网

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https://www.stdaily.com/web/gdxw/2024-11/08/content_254768.html

美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校与桑迪亚国家实验室及巴克内尔大学团队共同发现：从一种常见矿物——白云母中获取的研究成果，再结合地震统计模型，可以量化恶劣环境因素对材料性能的影响。这一发现对于改进先进太阳能电池板、地质碳封存设施以及建筑、道路和桥梁等基础设施所用材料的选择和设计具有重要意义。研究7日发表在《自然·通讯》杂志上。

该研究核心在于白云母这种矿物的独特性质。由于其表面平整至原子级别，使得研究团队能够精确测量材料表面与外界环境（如水和不同pH值的溶液）之间的相互作用，及其对材料强度的影响。通过使用纳米压痕仪对白云母样本进行实验，团队能够准确记录材料在不同化学条件下受到机械负载时的位移或破坏情况。

实验结果显示，白云母在干燥条件下的变形能力要大于湿润环境，且在碱性较强的溶液中，材料顶层更容易变弱，导致其在破裂前能存储的能量减少。

这些结果表明，化学环境显著影响了材料的力学性能，从而可能加速材料的老化和损坏过程。

团队指出，传统方法在评估工程材料中化学机械弱化效应时往往依赖复杂的分子动力学模型，需要大量的计算资源。相比之下，他们的研究提供了一种更为高效的方法，即利用地震统计模型来预测材料性能，这不仅加快了材料失效测试的速度，也提高了实验的效率。

该方法不仅为理解地质过程提供了新的视角，也为开发耐久性更强、适应各种极端条件的新型材料开辟了新途径。