材料科學家透過研究白雲母，並應用地震和雪崩的統計動力學，發現了一種預測材料降解和失效的新方法。這項研究對先進的太陽能板、地質碳封存和建築業具有重要意義。

研究人員正在利用雲母和地震統計數據的洞察力來了解建築、橋樑和太陽能電池板等基礎設施的材料退化。 他們測試了不同化學條件下的雲母，以分析其彈性和失效。

現在，材料科學家正在利用一種對常見礦物的了解以及地震和雪崩統計數據，來測量惡劣的環境條件如何影響材料的降解和失效。 這種方法可以提高先進太陽能板、碳封存系統以及建築物、道路和橋樑等基礎設施的耐用性。

這項新研究由伊利諾大學厄巴納-香檳分校牽頭，與桑迪亞國家實驗室和巴克內爾大學合作完成，研究揭示了施加在麝香雲母表面的應力所產生的變形量取決於礦物的物理表面狀況，並遵循與地震和雪崩類似的統計模式。

這項研究發表在今天（11 月6 日）出版的Nature Communications雜誌上。

白雲母被廣泛應用於材料科學領域，以其極其平整的片狀層而聞名，因此極易受到惡劣環境條件的影響。 資料來源：Karin Dahmin

在選擇工程應用材料時，科學家希望了解材料表面與使用環境之間的相互作用。 同樣，地質學家也希望了解礦物與斷層沿線地下水之間的化學反應會如何緩慢地削弱岩石，並在稱為化學機械削弱的過程中導致快速的機械破壞。

研究生喬丹-西克爾（Jordan Sickle）與伊利諾伊州物理學教授卡琳-達門（Karin Dahmen）共同領導了這項研究。

“之所以選擇白雲母進行這項研究，主要是因為這種材料非常平整，”Dahmen 說。 “它的每一層薄片都平整到原子層面。 由於這種平整度，這種材料的表面與其環境之間的相互作用就顯得尤為重要”。 “

為了測量白雲母表面的化學機械弱化，桑迪亞國家實驗室將樣品暴露在不同的化學條件下–乾燥、浸沒在去離子水中以及pH 值為9.8 和12 的鹽溶液中。 在暴露過程中，一種名為奈米壓頭的儀器會戳穿礦物表面，並記錄材料在受控機械載荷下的位移或失效情況。

研究人員發現，在乾燥條件下，白雲母在失效前的變形程度比在潮濕條件下更大。 在失效時，每種條件下的樣本都會釋放出其儲存的彈性能量。 研究報告指出，當白雲母暴露在pH 值為9.8 或12 的鹼性溶液中時，表層會變弱，在發生破壞前可儲存的能量會減少，這反映在爆裂統計中。

Sickle 說：”與高功率的詳細模擬模型相比，這項工作的成果使研究人員能夠更快地測試材料的失效。透過證明我們可以使用已經存在的地震統計模型觀察到相同的結果，研究人員將能夠進行比以前更高通量的材料分析。

編譯自/ ScitechDaily