Şəbəkələri ehtiva edən bir-biri ilə əlaqəli materiallar ətrafımızda hər yerdə mövcuddur – rezin , avtomobil şinləri , insan və mühəndislik toxumaları, toxunmuş təbəqələr və zəncirli poçt zirehləri . Mühəndislər tez-tez bu şəbəkələrin mümkün qədər güclü olmasını və mexaniki qırılma və nasazlıqlara qarşı müqavimət göstərməsini istəyirlər.

Şəbəkənin gücünü müəyyən edən əsas xüsusiyyət onun daxili qırılma enerjisidir, şəbəkənin əsas hissəsi dağılarkən, səthin vahid sahəsi boyunca çatın yayılması üçün tələb olunan ən aşağı enerjidir. Nümunə kimi, polimer şəbəkələrinin daxili qırılma enerjisi kvadrat metrə təxminən 10-100 joul, avtomobil şinlərində istifadə olunan elastomerlər üçün 50-500 J/m2, ^{hörümçək ipəyi isə 150-200 J/ m2} daxili qırılma enerjisinə malikdir .

İndiyə qədər, onun tərkib hissələrinin mexaniki davranışını və əlaqəsini nəzərə alaraq, şəbəkəli material üçün daxili qırılma enerjisini (İFE) hesablamaq üçün heç bir yol yox idi.

Physical Review X jurnalında dərc olunan ABŞ alimləri geniş növ uzana bilən şəbəkələrin IFE-ni proqnozlaşdıran miqyas qanunu hazırlayıblar. İFE yalnız şəbəkədəki ayrı-ayrı tellərin xassələrindən – bir telin qırılması üçün nə qədər güc tələb olunduğundan, qırılma nöqtəsinə çatdıqda telin uzunluğundan və şəbəkənin həndəsəsindən – vahid ərazidə neçə tel olduğundan asılıdır.

O zaman İFE bu üç kəmiyyətin hasilinə mütənasibdir. Onların nəticəsi eksperimentlər və simulyasiyalarla dəstəklənir, “sap konstitusiya davranışlarının genişliyi, topologiyalar, ölçülər və uzunluq şkalaları” onlar yazır, “o cümlədən polimer kimi şəbəkələr”.

Nəticə nanometrdən metrə qədər bir neçə uzunluq şkalasına aiddir və üçbucaqlı şəbəkələr, kvadrat şəbəkələr, altıbucaqlı şəbəkələr, gövdə mərkəzli kub və kub qəfəslər kimi iki və üç ölçülü şəbəkə arxitekturaları üçün işləyir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1742295253&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-law-energy-fracture-stretchable-networks.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM0LjAuNjk5OC44OSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNC4wLjY5OTguODkiXSxbIk5vdDpBLUJyYW5kIiwiMjQuMC4wLjAiXSxbIkdvb2dsZSBDaHJvbWUiLCIxMzQuMC42OTk4Ljg5Il1dLDBd&dt=1742295253439&bpp=3&bdt=154&idt=3&shv=r20250305&mjsv=m202503130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295110%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295110%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295110%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=672272449420&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1870&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95344787%2C95354597%2C95355311%2C31090357&oid=2&pvsid=1282106542064933&tmod=294521279&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=4&uci=a!4&btvi=1&fsb=1&dtd=7

Daxili sınıq enerjisi üçün yeni qanunu hazırlamaq üçün ABŞ-ın Massaçusets və Corciya universitetlərindən olan qrup Massaçusetsdəki Inkbit Korporasiyasının həmmüəllifi ilə bir çox materialdan ibarət şəbəkələri birbaşa yığdı və diqqətlə sınaqdan keçirdi.

Onlar ilkin uzunluqdakı ayrı-ayrı telləri, qırılma nöqtəsindəki son uzunluğu və ipin qopma qüvvəsini nəzərə alaraq müxtəlif şəbəkə həndəsələrini təhlil etməyə başladılar. Bu davranışlar xətti və ya qeyri-xətti ola bilər. Şəbəkə materialları ipləri qatlayaraq hazırlanmışdır; hər şəbəkə üçün bir neçə min qat ola bilər.

Onlar 1962-ci ildə Frederik J. Bueche tərəfindən “Polimerlərin Fiziki Xassələri ” kitabında hazırlanmış və 1996-cı ildə DNT-nin elastik xüsusiyyətlərinə dair bir araşdırma üçün dəyişdirilmiş bir tənliklə başladılar. Hər ikisi xarici qüvvələr olmadıqda seqment istiqamətləri korrelyasiya olunmayan bərabər uzunluqlu statistik cəhətdən müstəqil Kuhn seqmentlərinin zənciri olan sərbəst birləşmə zəncir modeli adlanan polimer zəncirinin modelinə əsaslanırdı.

Kuhn seqmentləri polimer zəncirinin ideallaşdırılmış seqmentidir, onun birləşmələri (qonşu seqmentləri ilə) müstəqil şəkildə hizalana bilər (yenə də maqnit və ya elektrik sahəsi kimi xarici qüvvənin olmaması).

Eksperimental sınaq və yoxlama üçün modeli dəyişdirərək, lazer kəsici ilə yaradılmış iki ölçülü və üç ölçülü şəbəkələrə malik bir neçə materialdan istifadə etdilər. Tetra-poli( etilenqlikol ) hidrogellər (Tetra-PEG hidrogellər) öz məqalələrində xüsusilə diqqəti cəlb etmişdir. Bu hidrogel almaz kub qəfəs şəbəkə arxitekturası ilə nisbətən homojen şəbəkələrə malikdir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Polimer şəbəkəsini bir ucundan tutmaq, sonra şəbəkə cırılana qədər digər ucundan güclə çəkmək üçün Instron universal sınaq maşını istifadə edilmişdir .

Laboratoriya təcrübələri ilə yanaşı, “biz qaba taxıl əsaslı simulyasiya aləti hazırladıq” dedi Corciya Texnologiya İnstitutundan Bolei Denq. İpləri kobud, qaba tekstura ilə tərk edən qaba dənəli üsul, bir-birinə bağlı polimer zəncirlərinin hərəkət edə biləcəyi yolların sayı ilə kəskin şəkildə daha az sərbəstlik dərəcəsi ilə böyük şəbəkələri yenidən qurdu.

Simulyasiyalar üçün yaradılmış bir qaba dənəli üçbucaqlı şəbəkədə şəbəkədə 4000 şaquli təbəqə və 8000 üfüqi təbəqə, cəmi 44,847 qovşaq və 89,694 sərbəstlik dərəcəsi var idi. Simulyasiyalar “minimum hesablama xərcləri ilə çox böyük şəbəkələrin qırılma enerjisini simulyasiya etməyə və qırılma prosesi zamanı enerji axınını vizuallaşdırmağa imkan verir” dedi Deng.

Materialın tərkibindəki strukturların və şəbəkələrin ona unikal xassələr verdiyi memarlıq materialları üçün potensial tətbiqlərə mühəndis toxumalarının möhkəmliyini və dayanıqlığını artıran yumşaq robot ötürücülər və aerokosmik texnologiyalar üçün elastik qəfəslərin yaradılması daxildir.

“Bu miqyaslama qanunu sərt, uzana bilən şəbəkələri sıfırdan inkişaf etdirmək üçün yol xəritəsi təqdim edir” deyən aparıcı müəllif Chase Hartquist, Ph.D. Massaçusets Texnologiya İnstitutunda mexanika mühəndisliyi üzrə namizəd.

“İntuisiyaya güvənmək əvəzinə, elm adamları və mühəndislər bu tapıntılardan məqsədyönlü performansa malik şəbəkə materiallarını qəsdən dizayn etmək və birbaşa qurmaq üçün istifadə edə bilərlər.”

Ətraflı məlumat: Chase Hartquist et al, Müxtəlif Uzanan Şəbəkələrin Daxili Qırılma Enerjisi üçün Ölçmə Qanunu, Fiziki İcmal X (2025). DOI: 10.1103/PhysRevX.15.011002

Jurnal məlumatı: Physical Review X 

© 2025 Science X Network