오사카대학대대학원공학연구과의 오자키 전 마사준 교수, 이화학연구소 야바시 마키그룹 디렉터 등을 중심으로 하는 니치불영로의 국제연구그룹은 이화학연구소 방사광과학종합연구센터 시설 SACLA를 이용하여 초속 5km의 초고속 충돌시에 재료가 파단적으로 파괴해 나가는 모습을 원자 수준에서 관찰하는 데 세계 최초로 성공했다.
초고속으로 비상하는 물체가 재료에 충돌했을 때, 충돌면과는 반대측의 면에, 보다 심각한 손상이 보이는 등, 특징적인 파괴 현상이 일어난다.이러한 초고속 응력으로 인한 동적 재료 파괴를 직접 보는 것은 그 극단 시간성에서 지금까지 매우 어려웠다.
이번 연구 그룹이 이용한 방법은, 물질에의 파워 레이저의 집광 조사에 의해 초고압을 생성하는 「파워 레이저 쇼크 초고압법」, 및 가속기에서의 X선 발생 장치인 X선 자유 전자 레이저( XFEL) 시설 SACLA에 의한 "X-선 회절 이미징".이것에 의해, 초고속 파괴 현상을 펨토초(10의 15승분의 XNUMX초)의 시간 분해능으로, 원자 레벨의 직접 관찰에 성공했다.재료의 결정 구조 중에 서브 미크론 레벨의 균열이 급격하게 집중되어 발생함으로써 고속 충돌에 특유의 파단 파괴에 이르는 것을 밝혔다.
이번 수법에 의해, 초고속 응력 인가시에 있어서의 재료 파괴 거동의 초고속 원자 레벨 관찰과 함께, 파괴 응력(재료 파괴에 필요한 단위 면적당의 힘) 등의 기계 역학적 특성의 정량적 평가가 가능하게 되었다 .이에 따라 우주 정거장이나 항공기 등 극한 환경하에서 사용되는 재료에 대한 안전성 향상이나 선진 고내력 재료 개발 등이 촉진될 것으로 기대된다.
논문 정보:【Science Advances】Dynamic fracture of tantalum under extreme tensile stress
