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檢驗抗極端變形材料的新技術
作者:駐法國代表處科技組 現職:駐法國代表處科技組
文章來源:法國國家科學研究中心新聞稿
發佈時間:2017.10.03
由強雷射應用實驗室(LULI,隸屬巴黎高等綜合理工學院[EP]、法國國家科學研究中心[CNRS]、法國原子能暨替代性能源署[CEA]、巴黎第六大學[UPMC])、日本大阪大學、俄羅斯國家核能企業(ROSATOM)組成的國際研究團隊研發出一項實驗技術,能檢測原子尺度材料的斷裂點。研究成果已於2017年6月3日發表在《科學進展》期刊(Science Advances)上,對包括航空在內的眾多產業有重大影響。

理解材料遭受強烈變形時產生的斷裂現象,是許多研究的關鍵。這項研究以詳細的多尺度描述為基礎(亦即只能透過原子模擬來實現的原子尺度和宏觀過程),這種原子尺度的研究需要極微小的時間分辨率(皮秒,10-12秒),但日前的實驗技術尚無法達到。
強雷射應用實驗室研究員Bruno Albertazzi致力開發能在原子尺度測量材料基本特性的新實驗平台,亦即測量其散裂(斷裂)壓力,尤其是鉭。
為確認材料在極端變形下的散裂壓力,研究團隊在日本使用SACLA(註一)進行實驗,該設備耦合了強力光子雷射與X射線自由電子雷射(XFEL)。強力光子雷射會在樣本中產生衝擊波(模擬碎片、粒子等等與材料碰撞的狀況),X射線束則能探測原子尺度的材料並確認斷裂程度。
研究員尤其注意到鉭的散裂壓力。鉭主要用於超合金,例如航太工程中建造飛機發動機的渦輪機葉片,或是建造國際熱核反應爐計畫(ITER)的核子反應廠。實驗顯示,可透過大範圍的原子模擬來直接比較結果,並限制鉭的原子間勢(註二)。

創新工業應用
許多領域都需要理解材料變形斷裂後的負壓,特別是航太領域。舉例來說,一個均速為每秒10公里的太空碎片就足以嚴重損害衛星和太空梭。若能掌握不同航太設施材料的斷裂壓力,就有可能測試與發展更耐用的創新材料。

Bruno Albertazzi簡介
畢業於法國梅茲-南錫大學(Metz-Nancy)及瑞典隆德大學(Lund),擁有巴黎高等綜合理工學院(EP)與加拿大國家科學研究中心「能源暨材料與通訊研究所」(INRS-EMT)物理學博士學位。2014年以特約研究員身份加入日本大阪大學的研究團隊,2016年成為強雷射應用實驗室的研究員。
2015年獲得歐洲物理學會(EPS)等離子分會論文大獎、加拿大國家科學研究中心國際影響力獎,肯定他在國際論壇的貢獻,以及在國際學術研討會的傑出表現。

(註一)SACLA是日本Harima-8中心的設施,能夠產生超強、極短的X光束,並與強力雷射耦合。
(註二)「原子間勢」能描述系統中不同原子的互動。

資料來源:法國國家科學研究中心新聞稿,2017年6月28日
網址:http://www2.cnrs.fr/sites/communique/fichier/17_06_22_cp_pression_de_fracture_final.pdf
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