Bublinový vor - Bubble raft

Obrázek bublinového voru (velikost bubliny ~ 1,5 mm) zobrazující volná místa a dislokaci okraje v pravém dolním rohu.

A bublinový vor je pole bubliny. Ukazuje materiály ' mikrostrukturální a chování atomové délky v měřítku modelováním roviny {111} uzavřeného krystalu. Pozorovatelné a měřitelné mechanické vlastnosti materiálu silně závisí na jeho atomové a mikrostrukturální konfiguraci a vlastnostech. Tato skutečnost je záměrně ignorována mechanika kontinua, který předpokládá, že materiál nemá žádnou základní mikrostrukturu a je jednotný a napůl nekonečný.

Bublinové rafty sestavují bubliny na vodní hladině, často pomocí amfifilní mýdla. Tyto shromážděné bubliny fungují jako atomy, rozptylují se, klouzají, dozrávají, napínají a jinak se deformují způsobem, který modeluje chování roviny {111} uzavřeného krystalu. Ideálním stavem sestavy (s nejnižší energií) by nepochybně byl dokonale pravidelný monokrystal, ale stejně jako v kovech tvoří bubliny často defekty, hranice zrn a více krystalů.

Historie bublinových vorů

Koncept modelování bublinových raftů poprvé představil v roce 1947 laureát Nobelovy ceny Sir William Lawrence Bragg a John Nye z Cambridge University je Cavendishova laboratoř v Sborník královské společnosti A [1] Legenda tvrdí, že Bragg vymyslel modely bublinových raftů, zatímco nalil olej do své sekačky. Všiml si, že bubliny na povrchu oleje se shromáždily do vorů připomínajících rovinu {111} uzavřených krystalů [2]. Nye a Bragg později představili metodu generování a řízení bublin na povrchu roztoku glycerin-voda-kyselina olejová-triethanolamin v sestavách o velikosti 100 000 nebo více bublin o velikosti pod milimetr. Ve své práci [1] pokračují podrobně o mikrostrukturálních jevech pozorovaných v bublinových raftech a předpokládaných v kovech.

Vztah ke krystalovým mřížkám

Při deformování krystalové mřížky se mění energie a interatomový potenciál atomy mřížky. Tento interatomový potenciál je populárně (a většinou kvalitativně) modelován pomocí Lennard-Jonesův potenciál, který se skládá z rovnováhy mezi přitažlivými a odpudivými silami mezi atomy.

„Atomy“ v Bubble Rafts také vykazují takové atraktivní a odpudivé síly:

${displaystyle U (ho) = - pi R ^ {4} ho _ {solution} gleft ({frac {mathrm {B}} {alpha}} ight) ^ {2} {mathit {A}} K_ {0} ( alpha ho) + {egin {cases} 0 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ho geq 2 pi R ^ {4} ho _ {solution} gleft ({frac {(2-ho) ^ {2}} {alpha ^ {2}}} ight) ~~~ ho leq 2end {cases}}}$ [2]

Část rovnice nalevo od znaménka plus je přitažlivá síla a část napravo představuje odpudivou sílu.

${displaystyle U (ho)}$ je interbubble potenciál

${displaystyle R}$ je průměrný poloměr bubliny

${displaystyle ho _ {solution}}$ je hustota roztoku, ze kterého jsou bubliny vytvořeny

${displaystyle g}$ je gravitační konstanta

${displaystyle ho}$ je poměr vzdálenosti mezi bublinami k poloměru bubliny

${displaystyle mathrm {B}}$ je poloměr kruhového kontaktu

${displaystyle alpha}$ je poměr R / a poloměru bubliny k Laplaceově konstantě a, kde

${displaystyle a ^ {2} = {frac {T} {ho _ {solution} g}}}$

${displaystyle T}$ je povrchové napětí

${displaystyle A}$ je konstanta závislá na okrajových podmínkách výpočtu

${displaystyle K_ {0}}$ je nultý řád upraven Besselova funkce druhého druhu [2]

Bublinové rafty mohou zobrazovat četné jevy pozorované v krystalové mřížce. To zahrnuje takové věci jako point vady (volná místa, substituční nečistoty, intersticiální atomy), okraj dislokace a zrna. A dislokace šroubu nelze modelovat v 2D bublinovém voru, protože se rozprostírá mimo rovinu. Je dokonce možné replikovat některé mikrostrukturní lahůdky, jako je žíhání. Proces žíhání je simulován mícháním bublinového voru. To vyžíhá dislokace (zotavení ) a propaguje rekrystalizace.

Bublinový vor ukazující zblízka dislokaci okraje.

Reference

• Bragg, Lawrance; Nye, J. F. (1947). „Dynamický model krystalové struktury“ (PDF). Proc. R. Soc. Lond. A. 190 (1023): 474–481. doi:10.1098 / rspa.1947.0089.
• Laboratorní podklady v MIT 3.032: Mechanické vlastnosti materiálů. [1]