Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

L'Étude Neuve de Nanoscale Fournit des Analyses Pour Concevoir Metamaterials

Published on November 1, 2012 at 7:31 AM

Le Riz, recherche de MIT a pu aider à maximiser la force de l'armure pour des soldats, matériaux aérospatiaux

Ned Thomas, doyen de George R. Brown School du Bureau D'études au Riz et à un scientifique de matériaux, prises un disque de polyuréthane avec les balles qu'il s'est arrêtées et a scellé à l'intérieur. Thomas aboutit une recherche sur les caractéristiques de tels matériaux au nanoscale. (Photo par Tommy LaVergne)

Dans le macro monde, il est facile de voir ce qui se produit quand une balle heurte un objectif. Mais que se produit au nanoscale avec les balles très minuscules ?

Un laboratoire de Rice University, en collaboration avec des chercheurs à Massachusetts Institute of Technology et à son Institut pour des Nanotechnologies de Soldat, a décidé de découvrir en produisant les matériaux d'objectif de nanoscale, les munitions de micro-échelle et même la méthode pour les allumer.

Dans le procédé, ils ont recueilli une quantité d'informations étonnante au sujet de la façon dont les copolymères en bloc appelés de matériaux dissipent la tension de l'incidence subite.

L'objectif des chercheurs est de trouver des moyens nouveaux de rendre des matériaux plus imperméables à la déformation ou à la défaillance pour une armure plus intense et plus légère, lames de turbine de moteur à réaction pour des aéronefs, et pour que le revêtement protège le vaisseau spatial et les satellites contre les micrometeorites et la camelote d'espace. Leur travail a été détaillé dans les Transmissions en ligne de Nature de tourillon.

Le groupe a été abouti par le scientifique de matériaux de Riz Ned Thomas, William et Doyen Malade de Stephanie de George R. Brown School du Riz scientifique et auteur important Jae-Hwang Lee de Bureau D'études, et de Riz de recherches.

Les chercheurs ont été inspirés par leurs observations dans les tests ballistiques macroscopiques dans lesquels un matériau multibloc complexe de polyuréthane de copolymère a affiché la capacité d'arrêter non seulement une balle de 9 millimètres mais sceller également l'entrée derrière elle.

« Le polymère a arrêté réellement la balle et scellé lui, » Thomas a dit, jugeant une pièce de taille d'un galet de hockey de plastique dégagé avec trois balles ferme incluse. « Il n'y a aucun dégât macroscopique ; le matériau n'a pas défailli ; il n'a pas fêlé. Vous pouvez encore le voir. Ce serait un matériau ballistique grand de pare-brise.

« Nous voulons découvrir pourquoi ce polyuréthane fonctionne la voie qu'il fait. Théoriquement, personne compris pourquoi ce type particulier de matériau - qui a des caractéristiques techniques de nanoscale des domaines vitreux et caoutchouteux - serait si bon à l'énergie dissipante, » il a dit.

Un problème, Thomas a dit, est que couper le polymère pour cela analyser sur le nanoscale « prendrait des jours. » Les chercheurs ont recherché un matériau modèle qui réagirait assimilé au nanoscale et pourrait s'analyser beaucoup plus rapidement. Ils ont trouvé un dans un diblock-copolymère de polystyrène-polydimethylsiloxane. Le matériau auto-assemble dans alterner 20 couches de nanomètre de polymères vitreux et caoutchouteux. Sous un microscope électronique de lecture, il ressemble au velours côtelé ; après le test, la configuration d'interruption de l'incidence peut être de manière dégagée vue.

Les résultats ont donné plusieurs mécanismes prévus de déformation et le résultat inattendu qui pour des vitesses suffisamment élevées, le matériau posé ont fondu dans un liquide homogène qui a semblé aider à arrêter la projectile et, comme le polymère, à sceller son chemin d'entrée. Le copolymère également s'est comporté différemment selon où le coup de sphères. Le matériau a affiché la meilleure capacité de dissiper l'énergie de l'incidence quand les sphères étaient perpendiculaire allumée aux couches, Thomas a dit.

Le Test de leurs idées a pris le matériel spécial. L'équipe de recherche a proposé une méthode miniaturisée de test, aboubée l'essai au choc induit par laser de projectile (LIPIT), qui emploie un pouls de laser pour allumer les sphères en verre environ 3 microns de diamètre. Les sphères se reposent d'un côté d'un film absorbant mince faisant face à l'objectif. Quand un pouls heurte le film, l'énergie le fait vaporiser et les sphères à voler hors circuit, heurtant accélère entre .5 et 5 kilomètres par seconde. Puisque les échelles d'énergie cinétique avec la vitesse ont ajusté, le facteur de 10 dans la vitesse traduit à un facteur de 100 dans l'énergie d'incidence, Thomas a dit.

Lee a prévu l'incidence en termes du monde réel : Les sphères heurtent leur objectif 2.000 fois plus rapidement qu'une pomme des coups en baisse d'un mètre la masse, mais avec million de fois moins de force. Cependant, parce que la zone du point de chute de la sphère est si concentrée, l'énergie d'incidence est plus de 760 fois plus grande. Ce laisse une note, il a dit.

L'équipe a testé leurs matériaux de deux voies : horizontalement, avec la perpendiculaire d'incidence à la texture micro, et verticalement, droit dans les arêtes posées. Ils ont trouvé le meilleur matériel horizontal à arrêter des projectiles, peut-être parce que les couches réfléchissent une partie de l'onde choc d'incident. Au Delà de la zone de fonte devant la projectile, les couches ont affiché la capacité de déformer sans se briser, qui a mené à l'absorption d'énergie améliorée.

« Après Que l'incidence nous peut entrer et coupe transversale la structure et voir comment profondément la balle obtenue, et voit ce qui est arrivé à ces couches parallèles gentilles, » Thomas a dit. « Elles racontent l'histoire de l'évolution de la pénétration de la projectile et nous aident à comprendre quels mécanismes, au nanoscale, peuvent avoir lieu pour que ceci soit un matériau si grand, performant, léger de protection. »

Thomas voudrait étendre LIPIT testant à d'autres poids léger, matériaux nanostructured comme la nitrure de bore, composés et graphite nanotube-renforcé par carbone et matériaux graphene-basés. L'objectif ultime est, dit-il, d'accélérer le design des metamaterials avec le contrôle précis de leur nano et microstructures pour un grand choix d'applications.

Les Co-auteurs du papier sont des étudiants de troisième cycle David Veysset, Chanteur Jonathan, Gagan Saini et Keith Nelson au MIT ; Markus Retsch de MIT et de l'Université de Bayreuth, Allemagne ; et Tomas Pezeril de MIT et Université du Maine, Le Mans, France.

La recherche a été supportée par le Bureau de Recherches de l'Armée Américaine.

Source : 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