Пересматривая данные своего 20-летнего эксперимента НАСА, включающего многократное замораживание и плавление материалов высокой чистоты в условиях микрогравитации, Мартин Гликксман, профессор материаловедения и кафедры Аллена Генри в Технологическом институте Флориды, работая с Кумаром Анкитом в Школа Материи, Транспорта и Энергии в Университете штата Аризона открыла способ, которым природа направляет формирование сложных структур в кристаллизующихся материалах.Гликсман обнаружил энергетическое поле, влияющее на все кристаллизующиеся вещества, которое он назвал полем смещения, которое, по его мнению, является естественным способом направлять ячеистые и ветвящиеся дендритные микроструктуры, которые образуются во время затвердевания большинства металлов и сплавов.«В последних фазах плавления игольчатые кристаллы внезапно превратились в сферы, и так впервые в истории, когда мы наблюдали плавление неподвижных частиц в условиях микрогравитации и наблюдали их довольно заметное изменение формы», — сказал Гликсман.«Я сказал, — добавил он, — должно быть что-то большее, чем просто шум» ».
Раньше и до сих пор многие ученые полагали, что формирование рисунка вызывает случайный шум — любая звуковая вибрация или возмущения, воздействующие на затвердевающий материал. Гликксман и Анкит обнаружили тонкий внутренний источник энергии — возникает поле смещения, которое фактически модулирует скорость границы раздела твердое тело / жидкость в небольших масштабах и приводит к созданию удивительно сложных структур. Этот вывод был подтвержден теоретически и с помощью передовых методов моделирования.
«Нам посчастливилось провести эксперименты в условиях микрогравитации, где идея поля смещения была первоначально предложена для объяснения возникновения необычных моделей плавления», — сказал Гликсман. «Теперь у нас есть надежная термодинамическая теория и доказательства, подтверждающие эту идею».Гликсман и Анкит недавно опубликовали свои выводы, доказывающие существование полей смещения в журнале Metals.Поскольку в процессе затвердевания металлов образуются внутренние микросхемы в виде ветвей, которые нарушают химическую однородность литых материалов, лучшее понимание роли поля смещения в их формировании открывает перед инженерами возможности для улучшения литых и сварных материалов, обычно используемых в все, от автомобилей и самолетов до медицинских инструментов.
«Если мы ожидаем улучшения структуры отливок, сварных конструкций и других процессов затвердевания, мы должны знать и применять правильную физику», — сказал Гликсман. «Это открытие потенциально может привести к усовершенствованию металлургического процесса».