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Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

El Nuevo Estudio de Nanoscale Proporciona a Discernimientos Para Diseñar Metamaterials

Published on November 1, 2012 at 7:31 AM

El Arroz, investigación del MIT podía ayudar a maximizar la fuerza de la armadura para los soldados, materiales aeroespaciales

Ned Thomas, decano del George R. Brown School de la Ingeniería en el Arroz y un científico de los materiales, asimientos un disco del poliuretano con los puntos negros que paró y que tapó dentro. Thomas está llevando una investigación en las características de tales materiales en el nanoscale. (Foto de Tommy LaVergne)

En el mundo macro, es fácil ver qué suceso cuando un punto negro golpea un objeto. ¿Pero qué suceso en el nanoscale con los puntos negros muy minúsculos?

Un laboratorio de Rice University, en colaboración con investigadores en Massachusetts Institute of Technology y su Instituto para las Nanotecnologías del Soldado, decidía a descubrir creando los materiales de meta del nanoscale, la munición de la microescala e incluso el método para encenderlos.

En el proceso, recopilaron una sorprendente cantidad de información sobre cómo los materiales llamados los copolímeros de bloque disipan la deformación del impacto súbito.

La meta de los investigadores es encontrar maneras nuevas de hacer los materiales más impermeables a la deformación o al incidente para una armadura más fuerte y más pálida, láminas de turbina del motor a reacción para los aviones, y para que el revestimiento proteja la nave espacial y los satélites contra los micrometeorites y los desperdicios de espacio. Su trabajo fue detallado en las Comunicaciones en línea de la Naturaleza del gorrón.

Al científico Ned Thomas, Guillermo y Decano Enfermo de los materiales del Arroz llevó al grupo de Stephanie de George R. Brown School del Arroz científico y autor importante Jae-Hwang Lee de la investigación de la Ingeniería, y del Arroz.

Sus observaciones en las pruebas balísticas macroscópicas inspiraron a los investigadores en las cuales un material multibloques complejo del poliuretano del copolímero mostró la capacidad no sólo de parar un punto negro de 9 milímetros pero también tapar la entrada detrás de ella.

“El polímero ha arrestado real el punto negro y tapado le,” Thomas dijo, llevando a cabo un pedazo tejo-clasificado hockey de plástico transparente con tres puntos negros embutido firmemente. “No hay daño macroscópico; el material no ha fallado; no se ha quebrado. Usted puede todavía verlo a través. Esto sería un gran material balístico del parabrisas.

“Queremos descubrir porqué este poliuretano trabaja la manera que lo hace. Teóricamente, nadie entendida porqué esta clase determinada de material - que tiene características del nanoscale de dominios vidriosos y con la consistencia del caucho - sería tan buena en la energía de disipación,” él dijo.

Un problema, Thomas dijo, es que cortar el polímero para analizarlo en el nanoscale “tardaría días.” Los investigadores buscaron un material modelo que reaccionaría semejantemente en el nanoscale y se podría analizar mucho más rápidamente. Encontraron uno en un diblock-copolímero del poliestireno-polydimethylsiloxane. El material uno mismo-ensambla en la alternancia de 20 capas del nanómetro de polímeros vidriosos y con la consistencia del caucho. Bajo un microscopio electrónico de exploración, parece la pana; después de la prueba, el modelo de la desorganización del impacto puede ser considerado sin obstrucción.

Los resultados mostraron varios mecanismos previstos de la deformación y el resultado inesperado que para las velocidades suficientemente altas, el material acodado fundieron en un líquido homogéneo que parecía ayudar a arrestar el proyectil y, como el polímero, a tapar su camino del asiento. El copolímero también se comportó diferentemente dependiendo de donde el golpe de las esferas. El material mostró la mejor capacidad de disipar la energía del impacto cuando las esferas eran perpendicular encendida a las capas, Thomas dijo.

La Prueba de sus ideas tomó el equipo especial. El equipo de investigación subió con un método miniaturizado de la prueba, aparado la prueba de impacto inducida por láser del proyectil (LIPIT), que utiliza un pulso del laser para encender las esferas de cristal cerca de 3 micrones de diámetro. Las esferas se sientan en una cara de una película absorbente fina que hace frente a la meta. Cuando un pulso golpea la película, la energía la hace vaporizarse y las esferas a volar lejos, golpeando apresuran entre .5 y 5 kilómetros por segundo. Puesto Que las escalas de la energía cinética con velocidad ajustaron, el factor de 10 en velocidad traduce a un factor de 100 en energía del impacto, Thomas dijo.

Lee calculaba el impacto en términos del mundo real: Las esferas atacan su blanco 2.000 veces más rápidamente que una manzana los golpes descendentes de un contador la conexión a tierra, pero con millón de veces menos fuerza. Sin Embargo, porque el área del impacto de la esfera se concentra tan, la energía del impacto es más de 760 veces mayor. Ese deja una marca, él dijo.

Las personas probaron sus materiales de dos maneras: horizontalmente, con la perpendicular del impacto al grano micro, y verticalmente, derecho en los bordes acodados. Encontraron el mejor material horizontal en la detención de los proyectiles, quizás porque las capas reflejan la parte de la onda expansiva del incidente. Más Allá de la zona del derretimiento delante del proyectil, las capas mostraron la capacidad de deformar sin la fractura, que llevó a la amortiguación de energía mejorada.

“Después De Que el impacto nosotros puede entrar y corte transversal la estructura y considerar cómo profundamente el punto negro conseguido, y considera qué suceso a estas capas paralelas agradables,” Thomas dijo. “Cuentan la historia de la evolución de la penetración del proyectil y nos ayudan a entender qué mecanismos, en el nanoscale, pueden ocurrir para que esto sea un material tan grande, de alto rendimiento, ligero de la protección.”

Thomas quisiera ampliar LIPIT que prueba al otro peso ligero, nanostructured los materiales como el nitruro de boro, compuestos y el grafito nanotube-reforzados carbón y graphene-basó los materiales. El objetivo último, él dijo, es acelerar el diseño de metamaterials con el mando exacto de su nano y microestructuras para una variedad de aplicaciones.

Los Co-autores del papel son estudiantes de tercer ciclo David Veysset, Cantante de Jonatán, Gagan Saini y Keith Nelson en el MIT; Markus Retsch del MIT y de la Universidad de Bayreuth, Alemania; y Tomas Pezeril del MIT y Université du Maine, Le Mans, Francia.

La investigación fue utilizada por la Oficina de la Investigación del Ejército Americano.

Fuente: http://www.rice.edu

Last Update: 1. November 2012 08:57

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