Τα ισχυρότερα γυαλιά έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα: όταν ξεπεράσουν το όριο αντοχής τους, αποτυγχάνουν απότομα. Αντί να παραμορφώνονται σταδιακά, η βλάβη συγκεντρώνεται σε μία περιοχή και το υλικό σπάει σχεδόν ακαριαία. Το φαινόμενο περιορίζει τη χρήση σταθερών άμορφων στερεών, από μεταλλικά γυαλιά έως προηγμένα μεταϋλικά.
Ερευνητές από το Tata Institute of Fundamental Research στην Ινδία και το Heinrich Heine University στη Γερμανία προτείνουν έναν τρόπο αντιμετώπισης του προβλήματος. Η μελέτη τους δείχνει ότι η προσθήκη μικρής ποσότητας αυτοκινούμενων σωματιδίων μπορεί να μειώσει σημαντικά την ψαθυρότητα και παράλληλα να αυξήσει την αντοχή του γυαλιού.
Από μία ζώνη διάτμησης σε ένα δίκτυο
Οι ερευνητές προσομοίωσαν τη συμπεριφορά ενός γυαλιού που περιέχει αυτοκινούμενα σωματίδια, τα οποία ασκούν δυνάμεις και κινούνται προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Υπό συγκεκριμένες συνθήκες, η παρουσία τους δεν αποδυναμώνει το υλικό. Αντίθετα, το γυαλί μπορεί να αντέξει μεγαλύτερη τάση πριν αρχίσει να παραμορφώνεται.
Χωρίς ενεργά σωματίδια, η παραμόρφωση συγκεντρώνεται συνήθως σε μία λεπτή ζώνη διάτμησης. Με την προσθήκη τους, η βλάβη κατανέμεται σε ένα δίκτυο μικρότερων ζωνών, οι οποίες συνδέονται σταδιακά. Έτσι, αλλάζει όχι μόνο το πότε αστοχεί το γυαλί, αλλά και ο τρόπος με τον οποίο αστοχεί.
Ο ρόλος του χρόνου
Κρίσιμος παράγοντας είναι ο χρόνος επιμονής, δηλαδή το χρονικό διάστημα κατά το οποίο κάθε ενεργό σωματίδιο συνεχίζει να κινείται προς την ίδια κατεύθυνση πριν αλλάξει προσανατολισμό.
Όταν ο χρόνος αυτός είναι μικρός, τα σωματίδια ουσιαστικά «κροταλίζουν» ανάμεσα στους γείτονές τους χωρίς να μπορούν να διαφύγουν. Αυτή η συμπεριφορά ενισχύει το γυαλί και ευνοεί τη δημιουργία του δικτύου ζωνών διάτμησης. Με μεγαλύτερο χρόνο επιμονής, μπορούν να διαφύγουν από το περιβάλλον τους, διευκολύνοντας την παραμόρφωση.
Η μελέτη προσφέρει έτσι έναν νέο θεωρητικό τρόπο ελέγχου της αντοχής των άμορφων υλικών. Επόμενο βήμα είναι η πειραματική επιβεβαίωση, με φωτοενεργοποιούμενα ενεργά σωματίδια σε πυκνά κολλοειδή συστήματα να αποτελούν μια πιθανή πλατφόρμα δοκιμών.
