응력 하에서 재료의 변형을 제어하는 ​​모델에 대한 도전

캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스의 과학자들은 슬립 밴딩의 역학을 제어하는 ​​오래된 모델을 확장했습니다. 슬립 밴딩은 압축 시 금속에 변형 흔적을 생성하는 과정입니다. 이를 통해 에너지 시스템, 우주 탐사 및 핵 응용 분야에 필수적인 첨단 소재의 거동에 대한 새로운 이해를 얻었습니다.

최근 Nature Communications 에 게재된 논문에서 UC Irvine의 Samueli 공과대학 연구진은 확장된 슬립 밴드를 발견했다고 보고했습니다. 이 발견은 1950년대 물리학자 Charles Frank와 Thornton Read가 개발한 고전적 모델에 도전하는 것입니다.

프랭크-리드 이론은 슬립 밴드 형성을 활성 소스에서의 연속적인 전위 증폭에 기인하는 반면, UC 어바인 팀은 확장된 슬립 밴드가 소스 비활성화 후 새로운 전위 소스의 동적 활성화로 인해 나타난다는 것을 발견했습니다.

확장된 슬립 밴드가 생기는 과정은 UC 어바인 연구진이 지구상에서 가장 강한 물질 중 하나로 최근 발견된 크롬, 코발트, 니켈 합금의 미세기둥에 기계적 압축을 가하면서 원자 수준에서 관찰했습니다.

UC 어바인 재료 연구소에서 가능해진 주사 투과 전자 현미경과 대규모 원자 모델링을 사용하여 연구팀은 제한된 슬립 밴드를 결함이 최소화된 얇은 글라이드 영역으로 보고 확장된 슬립 밴드를 평면 결함 밀도가 높은 것으로 볼 수 있었습니다.

"프랭크-리드 이론이 개발된 지 70년이 넘었지만, 슬립 밴드 형성의 근본적인 역학에 대한 전체적인 이해는 이루어지지 않았습니다."라고 캘리포니아 어바인 대학교 기계 및 항공우주공학과 부교수이자 이 논문의 책임저자인 펭후이 카오가 말했습니다.

"원자 및 나노미터 규모에서 이러한 과정을 포착하는 우리의 능력은 고급 구조 재료의 집단 전위 운동과 미시적 변형 불안정성에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다."

그는 변형 밴딩, 즉 변형이 국부적으로 집중되는 현상은 결정질 고체, 금속, 입상 매체, 심지어 압축 응력을 받는 지질 단층을 포함한 많은 인공적 및 자연적 물질과 시스템에서 흔히 나타난다고 말했습니다.

Cao는 "CrCoNi 합금과 같은 새로운 첨단 '초소재'가 등장하면서 그 거동에 대한 심층적인 이해가 그 어느 때보다 중요해졌습니다."라고 말했습니다.

"이러한 기초 지식은 에너지 및 항공우주 분야에서 극한 환경에도 견딜 수 있는 첨단 소재에 대한 수요가 증가하고 있는 추세에 맞춰 맞춤형이고 예측 가능한 기계적 특성을 가진 소재의 발견을 가속화할 것입니다."

이 프로젝트에는 UC 어바인 기계항공공학과와 재료과학공학과의 대학원생, 연구 전문가, 그리고 다른 교수들이 참여했습니다.

이 연구비는 미국 에너지부, UC 어바인, 그리고 미국 국립과학재단(UC 어바인 복합재료 및 활성재료 센터를 통해)의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250501164016.htm