Удивительные результаты получили ученые из Национального института стандартов (США) и Мэрилендского университета, исследовавшие механические свойства наночастиц с помощью атомно-силового микроскопа и компьютерного моделирования. Оказывается, на наномасштабах даже хрупкие материалы вроде кварца могут стать пластичными, как золото.
На привычных масштабах предел разрушения материала зависит от его способности сохранять свою форму под нагрузкой. Атомы пластичных веществ перемещаются на большие расстояния, сохраняя связи между собой, тогда как в хрупких материалах быстро возникают дефекты, из которых под нагрузкой развиваются трещины.
На наномасштабах структурные дефекты отсутствуют, и все материалы практически "идеальны", что существенно повышает их прочность. Кроме того, из-за малых размеров нанообъектов большинство их атомов находится на поверхности, где они слабее связаны с остальными атомами и поэтому более подвижны. Это превращает даже хрупкие материалы в пластичные, и их новые свойства начинают явно противоречить здравому смыслу. Исследователи считают, что термины "хрупкий" или "пластичный" на наномасштабах уже неприменимы.
С помощью атомно-силового микроскопа ученые наблюдали, как идет процесс разрушения в микромире. Они с удивлением обнаружили, что наночастицы хрупкого кварца растягиваются почти так же сильно, как серебряные или золотые, и продолжают деформироваться даже тогда, когда давно должны были бы сломаться.
Однако компьютерные расчеты, в основу которых был положен метод молекулярной динамики, подтвердили эти наблюдения. Подвижность атомов на поверхности наночастиц увеличивает их