強弾性

強弾性は、物質が自発的な歪みを示す現象であり、強誘電性や強磁性の機械的等価物である。強弾性結晶は、機械的応力や電場がない場合、2つ以上の安定した配向状態、すなわち残留状態を持ち、ある臨界値を超える応力または電場を印加することで、状態間を再現可能に切り替えることができる。反対の電場を印加すると、システムがエネルギー障壁を横切って前後に交差するため、ヒステリシスが生じる。この遷移により、ヒステリシスループで囲まれた面積に等しいエネルギーが消散する。^[1]

結晶の親構造が安定した強弾性ひずみの1つに遷移すると、通常、結晶の対称性が低下します。^[2]ひずみと結晶構造の自発的な変化は、複屈折、光吸収、分極率などの他の観察可能な特性の自発的な変化と関連している可能性があります。^[3]^[4]適合する材料では、ラマン分光法を使用して結晶の強弾性スイッチングを直接画像化しています。^[5]

ランダウ理論は、ほぼすべての強弾性相転移が 2 次であるため、ひずみを秩序パラメータとして使用して、多くの強弾性相転移を正確に記述するために使用されてきました。自由エネルギーは、ひずみの偶数乗の展開として定式化されます。

形状記憶効果と超弾性は、強弾性の現れです。一般的な強弾性合金であるニチノール(ニッケルチタン) は、ニッケルとチタンの比率に応じて、室温で超弾性または形状記憶効果のいずれかを示します。

変革強化における役割

強誘電性転移はセラミックスの強化に利用することができ、最も顕著な例はジルコニアです。正方晶ジルコニアを伝播する亀裂は余分な空間を開き、亀裂の周囲の領域が単斜晶相に変化して3～4％も膨張します。^[6]この膨張により亀裂の先端の前方に圧縮応力が生じ、亀裂をさらに伝播させるために余分な作業が必要になります。^[7]

参照

さらに読む

Salje, EKH (2012). 「強弾性材料」. Annual Review of Materials Research . 42 : 265–283. Bibcode :2012AnRMS..42..265S. doi :10.1146/annurev-matsci-070511-155022.

参考文献

^ Banerjee, Rajat; Manna, Indranil (2013).セラミックナノ複合材料。複合材料科学と工学の Woodhead 出版シリーズ。オックスフォード: Woodhead 出版。ISBN 978-0-85709-338-7。
^ Salje, Ekhard KH; Hayward, Stuart A.; Lee, William T. (2005-01-01). 「強弾性相転移：構造と微細構造」. Acta Crystallographica Section A . 61 (1): 3–18. doi : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673. PMID 15613749.
^ Wood, IG (1984-07-30). 「10K から T c までの強誘電性 BiVO 4 および LaNBO 4 の自発的複屈折」. Journal of Physics C: Solid State Physics . 17 (21): L539–L543. doi :10.1088/0022-3719/17/21/003. ISSN 0022-3719.
^ ヒル、クリスティーナ;ウェーバー、マッツ C.リーマン、ジャニス。ライネン、タリク。フィービッヒ、マンフレッド。クライゼル、イェンス。グエンヌー、マエル (2020-08-01)。「BiVO4 の光吸収における強弾性ひずみの役割」。APLマテリアル。8 (8)。arXiv : 2004.10183。土井：10.1063/5.0011507。ISSN 2166-532X。
^ Schubert, Amanda B.; Wellman, Richard; Nicholls , John; Gentleman, Molly M. (2016 年 3 月)。「EB-PVD 熱遮蔽コーティングにおける侵食誘起強弾性の直接観察」。Journal of Materials Science。51 ( 6): 3136–3145。Bibcode :2016JMatS..51.3136S。doi : 10.1007 /s10853-015-9623-7。ISSN 0022-2461 。
^ ジマック、イレーナ;チョリッチ、ダンコ。マンディッチ、ビルコ。チュルコビッチ、リディヤ（2019-12-26）。「スリップキャストアルミナおよびアルミナジルコニアセラミックの硬さと押し込み破壊靱性」。材料。13 (1): 122。ビブコード:2019Mate...13..122Z。土井：10.3390/ma13010122。ISSN 1996-1944。PMC 6981786。PMID 31888013。
^ Jiang, Wentao; Lu, Hao; Chen, Jinghong; Liu, Xuemei; Liu, Chao; Song, Xiaoyan (2021-04-01). 「ジルコニアの相転移による超硬合金の強化」. Materials & Design . 202 : 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275.

[1] Banerjee, Rajat; Manna, Indranil (2013).セラミックナノ複合材料。複合材料科学と工学の Woodhead 出版シリーズ。オックスフォード: Woodhead 出版。ISBN 978-0-85709-338-7。

[2] Salje, Ekhard KH; Hayward, Stuart A.; Lee, William T. (2005-01-01). 「強弾性相転移：構造と微細構造」. Acta Crystallographica Section A . 61 (1): 3–18. doi : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673. PMID 15613749.

[3] Wood, IG (1984-07-30). 「10K から T c までの強誘電性 BiVO 4 および LaNBO 4 の自発的複屈折」. Journal of Physics C: Solid State Physics . 17 (21): L539–L543. doi :10.1088/0022-3719/17/21/003. ISSN 0022-3719.

[4] ヒル、クリスティーナ;ウェーバー、マッツ C.リーマン、ジャニス。ライネン、タリク。フィービッヒ、マンフレッド。クライゼル、イェンス。グエンヌー、マエル (2020-08-01)。「BiVO4 の光吸収における強弾性ひずみの役割」。APLマテリアル。8 (8)。arXiv : 2004.10183。土井：10.1063/5.0011507。ISSN 2166-532X。

[5] ^ Schubert, Amanda B.; Wellman, Richard; Nicholls , John; Gentleman, Molly M. (2016 年 3 月)。「EB-PVD 熱遮蔽コーティングにおける侵食誘起強弾性の直接観察」。Journal of Materials Science。51 ( 6): 3136–3145。Bibcode :2016JMatS..51.3136S。doi : 10.1007 /s10853-015-9623-7。ISSN 0022-2461 。

[6] ジマック、イレーナ;チョリッチ、ダンコ。マンディッチ、ビルコ。チュルコビッチ、リディヤ（2019-12-26）。「スリップキャストアルミナおよびアルミナジルコニアセラミックの硬さと押し込み破壊靱性」。材料。13 (1): 122。ビブコード:2019Mate...13..122Z。土井：10.3390/ma13010122。ISSN 1996-1944。PMC 6981786。PMID 31888013。

[7] Jiang, Wentao; Lu, Hao; Chen, Jinghong; Liu, Xuemei; Liu, Chao; Song, Xiaoyan (2021-04-01). 「ジルコニアの相転移による超硬合金の強化」. Materials & Design . 202 : 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275.