Bubble_raft
バブルラフトは、の配列である泡。最密結晶の{111}面をモデル化することにより、材料の微細構造および原子の長さスケールの動作を示します。材料の観察可能で測定可能な機械的特性は、その原子的および微細構造の構成と特性に強く依存します。この事実は、連続体力学では意図的に無視されています。連続体力学では、材料が基礎となる微細構造を持たず、全体にわたって均一で半無限であると想定しています。
右下隅に空孔と刃状転位を示す気泡ラフト（気泡サイズ〜1.5mm）の画像。
バブルラフトは、両親媒性石鹸の助けを借りて、水面に泡を組み立てます。これらの組み立てられた気泡は、原子のように機能し、最密結晶の{111}面の動作をモデル化する方法で、拡散、滑り、熟成、ひずみ、またはその他の方法で変形します。アセンブリの理想的な（最低エネルギー）状態は、間違いなく完全に規則的な単結晶ですが、金属の場合と同様に、気泡は欠陥、粒界、および複数の結晶を形成することがよく
バブルラフトの歴史
バブルいかだモデリングの概念は、最初のノーベル賞受賞者卿によって1947年に発表されたローレンス・ブラッグとジョン・ナイのケンブリッジ大学のキャベンディッシュ研究所での英国王立協会Aの議事。注いながらブラッグバブルいかだモデルの構想という伝説の主張彼の芝刈り機に油を注ぐ。彼は、油の表面の泡が、最密結晶の{111}面に似たいかだに組み立てられていることに気づきました。NyeとBraggは後に、100，000以上のサブミリメートルサイズの気泡の集合体で、グリセリン-水-オレイン酸-トリエタノールアミン溶液の表面に気泡を生成および制御する方法を発表しました。彼らの論文では、バブルラフトで観察され、金属で仮説が立てられた微細構造現象について詳しく説明しています。
結晶格子との関係
結晶格子を変形させる際には、格子の原子が感じるエネルギーと原子間ポテンシャルを変化させます。この原子間ポテンシャルは、原子間の引力と反発力のバランスからなるレナードジョーンズポテンシャルを使用して一般的に（そしてほとんど定性的に）モデル化されます。
バブルラフトの「原子」も、そのような魅力的で反発的な力を示します。 U （（ ρ
）。= −
π 4
ρ o l u 私
o（（ α
）。2 K 0（（ α ρ ）。 + {{ 0 ρ 2
π 4
ρ o l u 私
o （（ （（ 2− ρ
）。2 α 2 ）。 ρ 2
{U（ rho）=- pi R ^ {4} rho _ {solution} g left（{ frac { mathrm {B}} { alpha}} right）^ {2} { mathit {A}} K_ {0}（ alpha rho）+ { begin {cases} 0 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~ rho geq 2 \ pi R ^ {4} rho _ {solution} g left（{ frac {（2- rho）^ {2}} { alpha ^ {2 }}} right）~~~ rho leq 2 end {cases}}}
プラス記号の左側の式の部分は引力であり、右側の部分は反発力を表します。 U （（ ρ ）。 {U（ rho）}
バブル間ポテンシャルは {R}
は平均気泡半径です o l
u 私
o { rho _ {solution}}
気泡が形成される溶液の密度です {g}
は重力定数です ρ { rho}
は、気泡間の距離と気泡の半径の比率です。 { mathrm {B}}
リング接触の半径です α { alpha}
は、ラプラス定数aに対する気泡半径の比率R / aです。ここで、 2= ρ o l u 私
o{a ^ {2} = { frac {T} { rho _ {solution} g}}}
{T}
は表面張力です {A}
は計算の境界条件に依存する定数です 0
{K_ {0}}
は、第2種の0次修正ベッセル関数です。
バブルラフトは、結晶格子に見られる多くの現象を示すことができます。これには、点欠陥（空孔、置換不純物、格子間原子）、刃状転位、粒子などが含まれます。らせん転位は、それが平面の外に延びているので、2次元バブルいかだでモデル化することができません。アニーリングなどのいくつかの微細構造の扱いを複製することさえ可能です。アニーリングプロセスは、バブルラフトを攪拌することによってシミュレートされます。これにより、転位がアニールされ（回復）、再結晶が促進されます。
刃状転位のクローズアップを示す気泡いかだ。
参考文献
ブラッグ、ローランス; ナイ、JF（1947）。「結晶構造の動的モデル」 （PDF）。手順 R.Soc。ロンド。A。190（1023）：474–481。土井：10.1098 /rspa.1947.0089。
MITの3.032の実験室配布物：材料の機械的特性。
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