Neue Theorie enthüllt Bruchmechanismus in weichen Materialien

Eine neue Theorie hat endlich die physikalischen Mechanismen des Bruchs in weichen Materialien entschlüsselt. Diese Entdeckung könnte bald zu neuen, fehlerfreien Materialien führen, die widerstandsfähiger und langlebiger, aber auch umweltfreundlicher sind. Der Artikel „Elastische Instabilität hinter Sprödbruch“ wurde kürzlich veröffentlicht von Briefe zur körperlichen Untersuchung.

„Wir haben herausgefunden, dass sich der Bruch von der freien Oberfläche des Materials aus ausbreitet, und zwar aufgrund einer elastischen Instabilität, die die Symmetrie des Objekts bricht. Dann weitet sich der Bruch drastisch aus und es entsteht ein komplexes Netzwerk von Rissen, die sich als Turbulenzphänomen ausbreiten, ähnlich dem, das in Flüssigkeiten beobachtet wird, beispielsweise bei der Bildung von Wirbeln“, erklärt Pasquale Ciarletta vom Labor MOX, Mathematikabteilung des Politecnico di Milano.

Diese Entdeckung ebnet den Weg für wichtige Anwendungen in verschiedenen Technologiebereichen, beispielsweise der Herstellung von Mikro- und Nanogeräten, für die Materialien äußerst widerstandsfähig und fehlerfrei sein müssen.

Das Verständnis, wie Risse entstehen, kann zur Entwicklung robusterer und langlebigerer Materialien führen.

In der Unterhaltungselektronik könnte dies zur Entwicklung von Geräten wie Smartphones, Tablets und Laptops führen, deren Bildschirme stoß- und sturzsicherer sind, wodurch die Häufigkeit von Reparaturen und Reparaturen verringert wird. Im medizinischen Bereich könnten implantierbare Geräte wie Herzschrittmacher und Prothesen von sichereren und langlebigeren Materialien profitieren und so die Gesundheit der Patienten erheblich verbessern. In der Luft- und Raumfahrtindustrie kann das Verständnis und die Vermeidung von Materialbrüchen zu stärkeren und zuverlässigeren Strukturen führen und so die mit Raum- und Flugreisen verbundenen Risiken verringern.

„Die Ergebnisse dieser Forschung ebnen nicht nur den Weg für zukünftige Studien zur Entwicklung von Materialien mit neuartigen mechanischen Eigenschaften, sondern wirken sich auch positiv auf die Umwelt aus, indem sie die Notwendigkeit häufiger Produktaustausche verringern und Abfall reduzieren.“ 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-Universität, der École Polytechnique und ESPCI in Paris durchgeführt und zeigt, dass internationale Kooperationen weiterhin eine entscheidende Rolle bei der Überschreitung von Grenzen spielen der Materialwissenschaften.