นักวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีระดับนาโนใหม่เพื่อสร้างภาพและวัดความเค้นและความเครียดของวัสดุภายใต้แรงกดดันสูง

ดังที่นักวิจัยรายงานในวารสาร Science ว่ามีความสำคัญเพราะ“ ความดันเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพเคมีและอิเล็กทรอนิกส์ของสสาร”

การทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจนำไปสู่วัสดุใหม่หรือช่วงใหม่ของการใช้งานในเทคโนโลยีและแอปพลิเคชันทุกประเภท Valery Levitas ผู้ร่วมเขียนบทความและศาสตราจารย์ Anson Marston ผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมที่ Iowa State University ประธานคณะกรรมการ Vance Coffman กล่าว ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศ

Levitas – ห้องปฏิบัติการที่มีความเชี่ยวชาญในการทดสอบเชิงทดลองและการสร้างแบบจำลองการคำนวณของวิทยาศาสตร์แรงดันสูงกล่าวว่าเทคโนโลยีการตรวจจับแบบใหม่สามารถพัฒนาการศึกษาความดันสูงในวิชาเคมีกลศาสตร์ธรณีวิทยาและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ได้

การพัฒนาและสาธิตเทคโนโลยีได้อธิบายไว้ในกระดาษว่า “การถ่ายภาพความเครียดและแม่เหล็กที่แรงกดดันสูงโดยใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมระดับนาโน” เผยแพร่โดย Science ผู้เขียนหลักคือ Norman Yao ผู้ช่วยศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ University of California, Berkeley Mehdi Kamrani ของรัฐไอโอวานักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมการบินและอวกาศยังเป็นผู้ร่วมเขียนด้วย

บทความนี้อธิบายถึงวิธีการที่นักวิจัยทำการจับคู่ชุดเซ็นเซอร์ระดับนาโนซึ่งเรียกว่าจุดศูนย์กลางของไนโตรเจนที่ว่างลงในเพชรที่ใช้ในการออกแรงดันสูงในตัวอย่างวัสดุขนาดเล็ก โดยทั่วไปแล้วการทดสอบ “ทั่งเพชร” กับวัสดุที่ถูกบีบระหว่างเพชรทั้งสองได้อนุญาตให้นักวิจัยวัดความดันและการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร

ระบบใหม่นี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถทำภาพ, วัดและคำนวณความเครียดได้ถึงหกแบบ – ซึ่งเป็นการวัดที่ครอบคลุมและสมจริงมากขึ้นของผลของแรงดันสูงต่อวัสดุ การทดสอบใหม่ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของแม่เหล็กได้

“ นี่เป็นหนึ่งในปัญหาสำคัญในวิทยาศาสตร์แรงดันสูง” Levitas กล่าว “เราจำเป็นต้องวัดความเครียดทั้งหกนี้ในเพชรและตัวอย่าง แต่มันยากที่จะวัดได้ทั้งหมดภายใต้แรงกดดันสูง”

ห้องทดลองของ Levitas ทำการทดลองที่ไม่เหมือนใครโดยการวางวัสดุไว้ภายใต้แรงดันสูงและทำให้พวกมันบิดได้ช่วยให้นักวิจัยสามารถลดความดันการแปลงเฟสอย่างมากและค้นหาเฟสใหม่ของสสารซึ่งอาจมีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี

ห้องปฏิบัติการยังทำการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์หลายชั้นสำหรับการทดลองทั่งเพชรแรงดันสูง – Levitas กล่าวว่าเป็นห้องปฏิบัติการเพียงแห่งเดียวในโลกที่ทำการจำลองสถานการณ์เช่นนี้ เขาบอกว่าประสบการณ์กับการจำลองแรงดันสูงคือเหตุผลที่เขาได้รับเชิญให้ทำงานร่วมกับโครงการเซ็นเซอร์ของเหยา การจำลองทำให้เป็นไปได้ที่จะสร้างสนามใหม่ของความเครียดทั้งหกในทั่งเพชรทั้งหมดซึ่งไม่สามารถวัดได้รวมทั้งตรวจสอบผลการทดลอง Levitas วางแผนที่จะใช้เซ็นเซอร์นี้ในห้องปฏิบัติการของเขา

เซ็นเซอร์ช่วยให้ “การแสวงหาสองวัตถุประสงค์เสริมในวิทยาศาสตร์แรงดันสูง: การทำความเข้าใจความแข็งแรงและความล้มเหลวของวัสดุภายใต้ความกดดัน (เช่นการเปลี่ยนเปราะ – เปราะ) และการค้นพบและอธิบายขั้นตอนแปลกใหม่ของสสาร (เช่นอุณหภูมิสูง ตัวนำยิ่งยวด) “นักวิจัยเขียนไว้ในกระดาษ

เทคโนโลยีการตรวจจับตำแหน่งว่างของไนโตรเจนที่อธิบายไว้ในกระดาษยังถูกใช้เพื่อวัดคุณสมบัติของวัสดุอื่น ๆ – เช่นคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อน นักวิจัยเขียนว่า “ตอนนี้สามารถขยายไปสู่สภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูงได้โดยตรงเปิดการทดลองที่หลากหลายสำหรับวัสดุที่เป็นลักษณะเชิงปริมาณในสภาวะที่รุนแรงเช่นนี้”