科学家首次利用激光超声波技术精确测量材料弹性

日期： 2022-02-17

浏览次数: 21

稿源：cnBeta.COM

这一突破的意义跟构成金属合金等材料的微观晶体的复杂排列有关，这些晶体的大小和形状各不相同，其数量可达数百万。传统上，测量这些材料的应力和应变之间的关系即所谓的弹性矩阵需要将它们切开或生长出一个晶体。但这些技术并不能应用于科学上已知的每一种材料，如喷气式发动机中使用的钛合金。只有一小部分材料对其弹性进行了测量，这使得许多材料的确切属性不明。

“许多材料（如金属）是由小晶体组成的，”来自诺丁汉大学、这项研究的负责人Paul Dryburgh指出，“这些晶体的形状和硬度对材料的性能至关重要。这意味着，如果我们试图拉动材料，就像拉动弹簧一样，拉伸度取决于这些数百、数千甚至数百万晶体中每一个的大小、形状和方向。这种复杂的行为使得我们无法确定固有的微观刚度。100多年来，这一直是一个问题，因为我们一直缺乏足够的手段来测量这一特性。”

科学家们相信他们已经找到了解决这一难题的办法，即利用一种被称为激光超声波的技术。传统的超声波将高频声波送入样本如人体组织，然后测量反弹回来的声音以创建一个样本的图像，而激光超声波则使用光来产生这些声波。

2019年，麻省理工的科学家使用一种激光超声的形式在不接触皮肤的情况下生成人体的图像，这在传统的超声中是不可能实现的。现在，诺丁汉大学的研究人员则用它在材料科学领域开辟了一些令人兴奋的可能性。

该团队设计了一个实验性的激光超声装置，它可以在约200微米的微小空间内产生高频波--约是两三根人类头发的宽度。激光器向样品材料发射一个高能量的光脉冲从而产生一个沿其表面传播的声波，另外通过一个内置的检测器进行跟踪以揭示单晶的方向及其弹性。同样令人印象深刻的是这项被称为SRAS++的技术能进行这些测量的速度。

“SRAS++的开发是一个显著的突破，因为它提供了第一个在不知道材料中晶体分布的情况下测量弹性矩阵的方法，”共同领导这项研究的Matt Clark教授说道，“SRAS不需要对单个晶体进行精确的准备；它是快速的（每秒可以进行数千次测量）并提供无与伦比的测量精度。该技术的速度是这样的，我们估计我们可以在未来六个月内重复过去100年的所有历史弹性测量。”

上一篇：科学家观测到飞秒强激光驱动的原子核同质异能态下一篇：喜讯连连！我校科研团队发现三个新矿物

Hot News / 相关推荐

在A位有序四重钙钛矿氧化物中首次实现本征庞磁电阻效应

2025 - 05 - 08

点击次数: 0

来源：中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心庞磁电阻（Colossal magnetoresistance, CMR）锰酸盐是一类以钙钛矿结构的掺杂锰氧化物（如RE1-xAExMnO3，RE为稀土金属，AE为碱土金属）为代表的材料，其核心特征是在磁场作用下电阻发生巨大变化。这类材料的研究热潮始于20世纪90年代，并在随后的二十多年中持续成为凝聚态物理和材料科学的前沿热点领域。CMR锰酸盐在...

多金属氧簇笼封装分子催化剂实现三重级联转化

2025 - 05 - 08

点击次数: 0

来源：华南师范大学化学学院近年来，通过将分子催化剂封装于超分子组装体中构建主客体催化体系引起了广泛关注。这类体系可通过协同主体与客体的功能/催化活性，实现高活性与高选择性，甚至完成复杂催化反应。目前，多种超分子组装体（如共价笼、配位笼）已被开发为主体外壳，用于构建主客体催化体系并应用于多种催化转化。然而，此类体系在复杂催化反应（如级联反应）中的应用仍鲜有报道。该领域的主要挑战在于如何赋予主体预期的...

福建物构所染料敏化稀土纳米光热材料获新进展

2025 - 05 - 07

点击次数: 20

来源：福建物质结构研究所近红外染料敏化作用可以克服稀土离子（如Yb3+ 和Nd3+）宇称禁戒跃迁的固有局限，显著增加稀土掺杂无机纳米晶的吸收，为开发高效稀土纳米光学诊疗材料提供了新途径。目前应用于光热转换的染料敏化稀土纳米晶的研究仍处于初步阶段，其中所涉及的激发态动力学及界面相互作用尚不明确。近日，中国科学院福建物质结构研究所/闽都创新实验室的陈学元团队卢珊研究员等成功研发出一种基于染料敏化的cy...

光驱动低能耗电解水制氢新策略

2025 - 05 - 07

点击次数: 22

来源：厦门大学化学化工学院近日，我院陈嘉嘉教授利用多金属氧酸盐为光储能电对的光驱动低能耗电解水制氢研究取得重要进展，相关研究成果以“Tunable Multi-electron Redox Polyoxometalates for Decoupled Water Splitting Driven by Sunlight”发表在Nature Communications（DOI:10.1038/s4...