Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Neue Nanoscale-Studie Liefert Einblicke, um Metamaterials Zu Konstruieren

Published on November 1, 2012 at 7:31 AM

Reis, MIT-Forschung konnte helfen, Stärke der Schutzkleidung für Soldaten, Luftfahrtmaterialien zu maximieren

Ned Thomas, Dekan der Ingenieurschule Georges R. Brown am Reis und an einem Materialwissenschaftler, Griffe eine Polyurethanplatte mit den Kugeln, die sie nach innen stoppte und dichtete. Thomas führt eine Untersuchung in die Eigenschaften solcher Materialien am nanoscale. (Foto durch Tommy LaVergne)

In der Makrowelt ist es einfach, zu sehen, was geschieht, wenn eine Kugel eine Nachricht anstößt. Aber was geschieht am nanoscale mit sehr kleinen Kugeln?

Ein Rice University-Labor, gemeinsam mit Forschern an Massachusetts Institute of Technology und an seinem Institut für Soldat-Nanotechnologien, entschied sich, herauszufinden, indem es die nanoscale Zielmaterialien, die Mikroskalamunition und sogar die Methode für das Abfeuern sie erstellte.

Im Prozess erfassten sie eine überraschende Informationsmenge über, wie die Materialien, die Blockcopolymere genannt werden, die Spannung der plötzlichen Auswirkung zerstreuen.

Das Ziel der Forscher ist, neue Wege zu finden, Materialien undurchdringlicher zu machen für Deformation oder Störung für stärkere und hellere Schutzkleidung, StrahltriebwerkTurbinenschaufeln für Flugzeuge und damit Umhüllung Raumfahrzeug und Satelliten vor Micrometeorites und Weltraummüll schützt. Ihre Arbeit wurde in der Onlinezapfen Natur-Nachrichtenübermittlung einzeln aufgeführt.

Die Gruppe wurde vom Reismaterialwissenschaftler Ned Thomas, der William und Stephanie-Kranker Dekan von der Ingenieurschule- und Reisforschung Wissenschaftler und führender Autor Jae-Hwang Lee des Georges R. Brown des Reises geführt.

Die Forscher wurden durch ihre Beobachtungen in den makroskopischen ballistischen Prüfungen, in denen ein komplexes multiblock Copolymerpolyurethanmaterial die Fähigkeit zeigte, eine 9 mm-Kugel nicht nur zu stoppen, aber den, Eingang hinter ihm auch zu dichten angespornt.

„Das Polymer hat wirklich die Kugel festgenommen und gedichtet ihm,“ sagte Thomas und hielt ein Kobold-groß Stück des Hockeys klaren Plastik mit drei Kugeln fest eingebettet an. „Es gibt keinen makroskopischen Schaden; das Material ist nicht ausgefallen; es hat nicht geknackt. Sie können es noch durch sehen. Dieses würde ein großes ballistisches Frontscheibenmaterial sein.

„Wir möchten herausfinden, warum dieser Polyurethan die Methode bearbeitet, die er tut. Theoretisch niemand verstanden, warum diese bestimmte Art des Materials - das nanoscale Merkmale von glasigen und gummiartigen Gebieten hat - an zerstreuender Energie so gut sein würde,“ er sagte.

Ein Problem, sagte Thomas, ist, dass der Schnitt des Polymers, um es auf dem nanoscale zu analysieren „würde dauern Tage.“ Die Forscher suchten ein vorbildliches Material, das ähnlich am nanoscale reagieren würde und viel schneller analysiert werden könnte. Sie fanden ein in einem Polystyren-polydimethylsiloxane Diblockcopolymer. Das Material selbst-baut in die Abwechslung von 20 nmschichten glasigen und gummiartigen Polymeren zusammen. Unter einem Rasterelektronenmikroskop sieht es wie Kordsamt aus; nach der Prüfung kann das Unterbrechungsmuster von der Auswirkung offenbar gesehen werden.

Die Ergebnisse zeigten einige erwartete Deformationsvorrichtungen und das unerwartete Ergebnis, die für genug hohe Geschwindigkeiten, das überlagerte Material in eine homogene Flüssigkeit schmolzen, die schien zu helfen, das Geschoß und, wie das Polymer festzunehmen, seinen Eintragpfad zu dichten. Das Copolymer benahm auch sich anders als abhängig von wo der Kugelhit. Das Material zeigte die beste Fähigkeit, die Energie der Auswirkung zu zerstreuen, als Kugeln abgefeuertes Senkrechtes zu den Schichten waren, sagte Thomas.

Die Prüfung ihrer Ideen nahm spezielles Gerät. Das Forschungsteam fand eine miniaturisierte Prüfmethode, zurichtet dem laserinduzierten Wurfschlagversuch (LIPIT), der einen Laser-Impuls verwendet, um Glaskugeln ungefähr 3 Mikrons im Durchmesser abzufeuern. Die Kugeln sitzen auf einer Seite eines dünnen absorbierenden Filmes, der das Ziel gegenüberstellt. Wenn ein Impuls den Film schlägt, veranlaßt die Energie ihn zu verdunsten und die Kugeln, zum weg zu fliegen, schlagend beschleunigt zwischen .5 und 5 Kilometer pro Sekunde. Da die Schuppen der kinetischen Energie mit Geschwindigkeit quadrierten, überträgt der Faktor von 10 in der Drehzahl zu einem Faktor von 100 in der Auswirkungsenergie, sagte Thomas.

Lee berechnete die Auswirkung in den realistischen Ausdrücken: Die Kugeln schlagen ihr Ziel 2.000mal schneller als ein Apfel die fallenden ein-Meter-Hits der Boden, aber mit Millionmal weniger Kraft. Jedoch weil der Auswirkungsbereich der Kugel so konzentriert wird, ist die Auswirkungsenergie mehr als 760mal größer. Dieses lässt ein Kennzeichen, sagte er.

Das Team prüfte ihre Materialien auf zwei Arten: horizontal mit dem Auswirkungssenkrechten zum Mikrokorn und vertikal, gerade in die überlagerten Ränder. Sie fanden das horizontale materielle Beste am Stoppen von Geschossen, möglicherweise, weil die Schichten Teil der Vorfalldruckwelle reflektieren. Über der Schmelzzone vor dem Geschoß hinaus, zeigten die Schichten die Fähigkeit, sich zu verformen, ohne zu brechen, das zu verbesserte Energieabsorption führte.

„Nachdem die Auswirkung wir herein gehen und Querschnitt die Zelle und sehen kann wie tief die erhaltene Kugel und sieht, was diesen netten parallelen Schichten geschah,“ sagte Thomas. „Sie erzählen die Geschichte der Entwicklung des Durchdringens vom Geschoß und helfen uns, zu verstehen, welche Vorrichtungen möglicherweise, am nanoscale, stattfinden, damit dieses ist solch ein großes, leistungsstarkes, leichtes Schutzmaterial.“

Thomas möchte LIPIT ausdehnen, das auf anderen Leichtbau, nanostructured Materialien wie Bornitrid, Kohlenstoff nanotube-verstärkte Zusammensetzungen und Graphit und graphene-basierte Materialien prüft. Das Endziel ist, sagte er, die Auslegung von metamaterials mit genauer Regelung von ihrem Nano-- und von Mikrostrukturen für eine Vielzahl von Anwendungen zu beschleunigen.

Mitverfasser des Papiers sind Studenten im Aufbaustudium David Veysset, Jonathan-Sänger, Gagan Saini und Keith Nelson an MIT; Markus Retsch von MIT und von Universität von Bayreuth, Deutschland; und Tomas Pezeril von MIT und Université du Maine, Le Mans, Frankreich.

Die Forschung wurde durch das US-Armee-Forschungs-Büro unterstützt.

Quelle: http://www.rice.edu

Last Update: 1. November 2012 08:54

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit