Foto: Simon Heide-Jørgensen // Testemne under forsøg, hvor de to ender yderst tv langsomt trækkes i hver sin retning. Vha. Digital Image Correlation kan bevægelser måles optisk. Den vertikale bevægelse af testemnet er således vist med farvede konturlinjer.
Danske forskere har, ved at lave specialdesignede indskæringer i plexiglas, gjort materialet stærkere, lettere og mere fleksibelt. Eksempelvis kan den nye viden benyttes til at gøre mikrochips langt mere holdbare.
Forskere fra Aarhus Universitet samt Turner Research Group fra University of Pennsylvania, USA, har – udelukkende ved at lave små huller i et geometrisk mønster – ændret et materiales mekaniske egenskaber og derved bl.a. øget dets tolerance mod brud.
ModelmaterialeI har i forsøget været plexiglas, og forskerne har tilføjet en række specialdesignede indskæringer og derved fjernet materiale. Plexiglas er normalt sprødt og glasagtigt og derfor sårbart over for brud, men produktet bliver med teknikken lettere end det oprindelige, og samtidig også stærkere og mere robust.
Opdagelsen er beskrevet i det anerkendte tidsskrift Journal of the Mechanics and Physics of Solids.
”I projektet har vi testet en geometrisk form, ’Double Cantilever Beam’, som kan repræsentere en lang række produkter, bl.a. mikrochips. I produktionen af mikrochips har komponenten en tendens til at knække, fordi den er så lille og skrøbelig. Ved at introducere disse specialdesignede snit bliver komponenten mere fleksibel og mindre skrøbelig. Derudover kan vi via geometrien fordele spændingerne over et større område og mindske spændingssingulariteten, som er ansvarlig for dannelsen og væksten af revner.” siger postdoc Simon Heide-Jørgensen, som er forsker på projektet.
Forskerteamet har introduceret en række laserudskårne snit i materialet og derved ændret materialets geometri omkring de forventede spændingssingulariteter. Det kan derved sikres, at bruddet sker designmæssigt (eller efter behov) – altså følger de udskårne snit. Det øger komponentens modstand mod revnedannelse og brud betragteligt.
”I stedet for at koncentrere sig i en singularitet spreder spændingerne sig nu langs de snit, vi har lagt i materialet. Materialet kan klare en større belastning, inden der opstår brud. Når bruddet opstår, vil det vokse langs snittene, som bremser det og herved hæmmer yderligere revnevækst. Tilsammen får materialet en større tolerance i forhold til revnevækst og bliver langt mindre skrøbelig,” siger Simon Heide-Jørgensen.
Ud over at gøre materialet mere robust over for revner, giver de indlagte snit mere fleksibilitet i materialet, hvilket gør det lettere og i princippet sparer materialer.