Команда исследователей во главе с профессорами Ни Йонгом и Хэ Линхуи из Университета науки и технологии Китая (USTC) Китайской академии наук (CAS) разработала новый композиционный стеклообразный материал, объединяющий структуру, вдохновленную перламутром, и материал с усиленной сдвиговой вязкостью (SSG), который обладает прозрачностью, отличной теплоизоляцией и устойчивостью к ударам. Их работа была опубликована в журнале Advanced Materials.
Стекло является неотъемлемым конструкционным материалом в повседневной жизни людей. Однако у стекла плохая теплоизоляция, и оно склонно к разрушениям при ударах, что делает его наиболее слабым компонентом в большинстве зданий и транспортных средств. Существует острая необходимость в разработке новых композитных прозрачных материалов с комплексными свойствами.
Для создания нового композитного стекла исследовательская группа изучила структуру, вдохновленную перламутром, и реологические свойства материалов с усиленной сдвиговой вязкостью. Естественный перламутр способен поглощать энергию благодаря механизму скольжения пластинок при квазистатической или низкоскоростной нагрузке. Однако устойчивость к ударам у структуры, вдохновленной перламутром, быстро падает с увеличением скорости удара. В отличие от этого, материал SSG обладает усиленными свойствами при воздействии переменной скорости деформации, что позволяет ему поглощать большое количество механической энергии при высоких скоростях удара.
Для объединения преимуществ структуры, вдохновленной перламутром, и материалов с усиленной сдвиговой вязкостью, команда создала биомиметическое композитное стекло с использованием SSG. Стекло, вдохновленное перламутром и обладающее усиленной сдвиговой вязкостью (NSG), состоит из двух лицевых стеклянных пластин толщиной 1,4 мм и сердцевины из материала SSG толщиной 3,0 мм. Лицевые пластины состоят из пяти стеклянных пластин боросиликата и четырех полимерных промежуточных слоев, расположенных в трехмерном смещенном кирпично-штукатурном порядке, имитируя структуру естественного перламутра. После тщательного выравнивания двух лицевых пластин сердцевина SSG скрепляется с пластинами при помощи связующего агента. Механический анализ симуляции показал, что деформация пластин NSG происходит в плоскости, перпендикулярной поверхности стекла, что обеспечивает улучшенную устойчивость к ударам.
Этот новый композитный материал может иметь широкий спектр применений, включая использование в оконных стеклах, автомобильных стеклах и других конструкционных материалах. Он обладает прозрачностью, что позволяет сохранить эстетическую привлекательность, одновременно обеспечивая отличную теплоизоляцию и устойчивость к ударам. Это открытие может значительно улучшить безопасность и энергоэффективность зданий и транспортных средств в будущем.
Источник:
Сяо Чжан и др., Одновременное улучшение теплоизоляции и ударопрочности прозрачных объемных композитов (Xiao Zhang et al, Simultaneous Enhancement of Thermal Insulation and Impact Resistance in Transparent Bulk Composites), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202311817
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!