Departments Seminar Program (Webinars) - Dr Δήμητρα Ψιάχου

Περίληψη

Το υδρογόνο διαβρώνει πολλούς χάλυβες, μειώνοντας το όριο τάσης για αστοχία, οδηγώντας τους σε θραύση σε απρόβλεπτες συνθήκες φόρτισης. Η πολυπλοκότητα των σχετικών μηχανισμών που δρουν σε διαφορετικές κλίμακες δυσχεραίνει την πλήρη κατανόηση της συμβολής των διαφόρων μικροσκοπικών διεργασιών στην ευθραυστοποίηση των χαλύβων από το υδρογόνο. Ένα παράδειγμα μεσοσκοπικής κλίμακας χαρακτηριστικού που είναι δύσκολο να μοντελοποιηθεί σε ατομιστική κλίμακα είναι οι εξαρθρώσεις, οι οποίες παίζουν σπουδαίο ρόλο στις θεωρίες που επιχειρούν να εξηγήσουν την ευθραυστοποίηση από Η. Από ατομιστικές προσομοιώσεις μεγάλης ακρίβειας, μεταχειρίζοντας υπολογισμούς που βασίζονται στην θεωρία συναρτησιακού πυκνότητας (Density Functional Theory) επάνω σε σχετικά απλά συστήματα, εξαγάγουμε παραμέτρους για χρήση σε μοντέλα για πιο ρεαλιστικά συστήματα μεγαλύτερης κλίμακας. Θα περιγράψουμε ένα τέτοιο παράδειγμα: υπολογισμού μη-γραμμικών ελαστικών παραμέτρων του σιδήρου (Fe) στη κρυσταλλική δομή “α (bcc)” ως συνάρτηση της συγκέντρωσης υδρογόνου, σε ένα σταθερό σύστημα συντεταγμένων και στη συνέχεια την παραμετροποίηση μοντέλου παραγόμενου από τη θεωρία της μη-γραμμικής ελαστικότητας, προκειμένου να μελετήσουμε την επίδραση του Η στα ανισότροπα μέτρα ελαστικότητας και περαιτέρω να εκτιμήσουμε την πυκνότητα του Η γύρω από εξαρθρώσεις διαφόρων κατευθύνσεων σε ρεαλιστικές θερμοκρασίες, σε μια προσπάθεια να κατανοήσουμε καλύτερα το μηχανισμό της ευθραυστοποίησης από Η. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι αυξάνοντας την συγκέντρωση του Η στο Fe, μειώνονται τα μέτρα ελαστικότητας, σε συμφωνία με άλλες πειραματικές και θεωρητικές μελέτες. Όμως αυτή η συνολική συμπεριφορά είναι αποτέλεσμα δύο αντίθετων συνεισφορών από την ενσωμάτωση του Η στην κρυσταλλική δομή του Fe: μια χαλάρωση λόγω του αυξημένου όγκου και μια σκλήρυνση λόγω της ηλεκτρονικής συνεισφοράς. Περαιτέρω, βρίσκουμε μια σημαντική εξάρτηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ Η και εξαρθρώσεων, από την κατεύθυνση των εξαρθρώσεων, με το Η να έλκεται σημαντικά από τις αξονικές συνιστώσες των εξαρθρώσεων ακμής και από τις ελικοειδείς εξαρθρώσεις προσανατολισμένες στην ευάλωτη κατεύθυνση <111>. Τα αποτελέσματά μας συνεπώς υποστηρίζουν ότι η παγίδευση του Η στο παραμορφωτικό πεδίο των εξαρθρώσεων παίζει σημαντικό ρόλο στην φθορά των μηχανικών ιδιοτήτων του α-Fe. Τα μοντέλα μας στη συνεχή κλίμακα, για την μεταβολή της αλληλεπίδρασης του Η με εξαρθρώσεις σε συνάρτηση με την πυκνότητά του, συμφωνούν πολύ στενά με τους υπολογισμούς μας από πρώτες αρχές, που σημαίνει πως αυτό το πρότυπο είναι αρκετά αξιόπιστο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω μελέτες αυτού ή άλλων περίπλοκων υλικών χωρίς πολύ χρονοβόρους υπολογισμούς.

Σύντομο Βιογραφικό Ομιλητή

Η Δήμητρα Ψιάχου έλαβε πτυχίου μηχανικού με κατεύθυνση στη φυσική από το Πανεπιστήμιο Τορόντο του Καναδά. Εργάστηκε για ένα διάστημα στον τομέα των μη-καταστροφικών ηλεκτρομαγνητικών ελεγχών σε υδαταγωγούς καλυμμένους με προεντεταμένο σκυρόδεμα και εκπόνησε μεταπτυχιακή εργασία επάνω στο ίδιο θέμα, στο Πανεπιστήμιο Κουίνς του Καναδά με τον πρωτεργάτη στον τομέα αυτό Καθηγητή D. L. Atherton, αναφορικά με προσομοιώσεις των σημάτων των ελεγχών αυτών. Συνέχισε τις σπουδές της στο ίδιο Πανεπιστήμιο, στον τομέα της θεωρητικής φυσικής συμπηκνωμένης ύλης, εκπονώντας διδακτορική διατριβή στο θέμα των προσωμοιώσεων από πρώτες αρχές, νανοδομών σε (δι)επιφάνειες (αυτοσυναρμολογούμενη νανοτεχνολογία, για πιθανή εφαρμογή σε ηλεκτρονικά κυκλώματα ατομιστικής κλίμακας), σε συνεργασία με πειραματική ομάδα του ίδιου τμήματος, με έναν από τους πρωτεργάτες στο τομέα της Θεωρίας Συναρτησιακού Πυκνότητας, Καθηγητή M. J. Stott. Κατόπιν, εργάστηκε για μερικούς μήνες ως μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο ίδιο τμήμα εκπονώντας μελέτες από πρώτες αρχές σε βιοϋλικά και ύστερα εργάστηκε σε πανεπιστήμια σε πολλές χώρες επάνω σε διάφορα πεδία, από τη θεωρητική χημεία (ΗΠΑ, Γαλλία), εώς την υπολογιστική επιστήμη υλικών μεγάλης κλίμακας σε συνεργασία με τη βιομηχανία χάλυβα (Γερμανία) αλλά και επάνω σε θέματα πολυπλοκότητας στη βασική φυσική στο Τμήμα Φυσικής στο Ηράκλειο Κρήτης. Τελευταία, ως ανεξάρτητη ερευνήτρια έχει ασχοληθεί και με τη διάδοση ελαστικών κυμάτων σε πολυστρωματικά φωνονικά συστήματα (μεταϋλικά) όπου έχει εκπονήσει πρωτοπόρες εργασίες σε συνεργασία με τον Καθηγητή Μ. Σιγάλα στο Τμήμα Επιστήμης Υλικών του Πανεπιστημίου Πατρών.