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Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Il Nuovo Studio di Nanoscale Fornisce le Comprensioni Per Progettare Metamaterials

Published on November 1, 2012 at 7:31 AM

Il Riso, la ricerca del MIT ha potuto contribuire a massimizzare la concentrazione dell'armatura per i soldati, materiali aerospaziali

Ned Thomas, decano del George R. Brown School di Assistenza Tecnica al Riso e ad uno scienziato dei materiali, tenute un disco del poliuretano con i richiami che si è fermato e che sigillato dentro. Thomas piombo una ricerca sulle caratteristiche di tali materiali al nanoscale. (Foto da Tommy LaVergne)

Nel macro mondo, è facile da vedere che cosa accade quando un richiamo colpisce un oggetto. Ma che cosa accade al nanoscale con i richiami molto minuscoli?

Un laboratorio di Rice University, in collaborazione con i ricercatori a Massachusetts Institute of Technology ed al suo Istituto per le Nanotecnologie del Soldato, ha deciso di scoprire creando i materiali di obiettivo del nanoscale, le munizioni di microscala e perfino il metodo per l'infornamento loro.

Nel trattamento, hanno riunito una quantità di informazioni sorprendente su come i materiali chiamati copolimeri di blocco dissipano lo sforzo di impatto improvviso.

Lo scopo dei ricercatori è di trovare i modi novelli rendere i materiali più impermeabili a deformazione o ad omissione per la più forte e armatura più leggera, palette della turbina del motore a propulsione per gli aerei ed affinchè il rivestimento protegga il veicolo spaziale ed i satelliti dai micrometeorites e dal ciarpame di spazio. Il Loro lavoro è stato dettagliato nelle Comunicazioni online della Natura del giornale.

Il gruppo piombo dallo scienziato Ned Thomas, il William e Decano Malato dei materiali del Riso di Stephanie del George R. Brown School del Riso di ricercatore del Riso e di Assistenza Tecnica e autore principale Jae-Hwang Lee.

I ricercatori sono stati ispirati tramite le loro osservazioni nelle prove balistiche macroscopiche in cui un materiale multiblock complesso del poliuretano del copolimero ha mostrato la capacità non solo di fermare un richiamo da 9 millimetri ma anche sigillare l'ingresso.

“Il polimero realmente ha arrestato il richiamo e sigillato,„ Thomas ha detto, giudicando un pezzo disco di taglia dell'hockey di chiara plastica con tre richiami incluso saldamente. “Non c'è danno macroscopico; il materiale non è venuto a mancare; non ha incrinato. Potete ancora vederlo attraverso. Ciò sarebbe un grande materiale balistico del parabrezza.

“Vogliamo scoprire perché questo poliuretano funziona il modo che fa. Teoricamente, nessuno capito perché questo genere particolare di materiale - che ha funzionalità del nanoscale dei domini vetrosi e gommosi - sarebbe così buono ad energia di dissipazione,„ ha detto.

Un problema, Thomas ha detto, è che tagliare il polimero per analizzarlo sul nanoscale “richiederebbe i giorni.„ I ricercatori hanno cercato un materiale di modello che avrebbe reagito similmente al nanoscale e potrebbe essere analizzato molto più velocemente. Hanno trovato uno in un diblock-copolimero del polistirolo-polydimethylsiloxane. Il materiale auto-monta nell'alternare 20 livelli di nanometro di polimeri vetrosi e gommosi. Sotto un microscopio elettronico a scansione, assomiglia a velluto a coste; dopo la prova, il reticolo di rottura da impatto può essere veduto chiaramente.

I risultati hanno mostrato parecchi meccanismi previsti di deformazione ed il risultato inatteso che per le velocità sufficiente alte, il materiale stratificato si sono fusi in un liquido omogeneo che è sembrato contribuire ad arrestare il proiettile e, come il polimero, a sigillare il suo percorso dell'entrata. Il copolimero egualmente si è comportato diversamente secondo dove il colpo delle sfere. Il materiale ha mostrato la migliore capacità di dissipare l'energia di impatto quando le sfere erano perpendicolare infornato ai livelli, Thomas ha detto.

Verificare le loro idee ha catturato la strumentazione speciale. Il gruppo di ricerca ha fornito un metodo di prova miniaturizzato, definito la prova di urto indotta da laser del proiettile (LIPIT), che usa un impulso del laser per infornare le sfere di vetro circa 3 micron di diametro. Le sfere si siedono da un lato di una pellicola assorbente sottile che affronta l'obiettivo. Quando un impulso colpisce la pellicola, l'energia la induce a vaporizzarsi e le sfere da volare via, colpendo accelera fra .5 e 5 chilometri al secondo. Poiché i disgaggi di energia cinetica con velocità hanno quadrato, il fattore di 10 nella velocità traduce ad un fattore di 100 nell'energia di impatto, Thomas ha detto.

Lee ha calcolato l'impatto nei termini nell'ambiente: Le sfere direzione il loro obiettivo 2.000 volte più velocemente di una mela i colpi di caduta dell'un tester la terra, ma con milione volte meno forza. Tuttavia, perché l'area di impatto della sfera così è concentrata, l'energia di impatto è più di 760 volte maggior. Quel lascia un segno, ha detto.

Il gruppo ha verificato i loro materiali in due modi: orizzontalmente, con il perpendicolare di impatto al micro granulo e verticalmente, diritto nelle barriere stratificate. Hanno trovato il meglio materiale orizzontale a fermare i proiettili, forse perché i livelli riflettono la parte dell'onda di urto di incidente. Oltre la zona della colata davanti al proiettile, i livelli hanno mostrato la capacità di deformare senza rompersi, che piombo ad assorbimento di energia migliore.

“Dopo Che l'impatto noi può andare dentro e sezione trasversale la struttura e vedere quanto in profondità il richiamo ottenuto e vede che cosa è accaduto a questi livelli paralleli piacevoli,„ Thomas ha detto. “Raccontano la storia dell'evoluzione dell'infiltrazione del proiettile e ci aiutano a capire che meccanismi, al nanoscale, possono avere luogo in modo che questo per essere così grande, materiale ad alto rendimento e leggero della protezione.„

Thomas vorrebbe estendere LIPIT che prova ad altri peso leggero, materiali nanostructured come il nitruro di boro, compositi e grafite nanotube-di rinforzo carbonio ed a materiali basati graphene. Lo scopo finale, disse, è di accelerare la progettazione dei metamaterials con controllo preciso del loro nano e microstrutture per varie applicazioni.

I Co-author del documento sono dottorandi David Veysset, Jonathan Cantante, Gagan Saini e Keith Nelson al MIT; Markus Retsch del MIT e dell'Università di Bayreuth, Germania; e Tomas Pezeril del MIT ed il Université du Maine, Le Mans, Francia.

La ricerca è stata supportata dall'Ufficio della Ricerca dell'Esercito di Stati Uniti.

Sorgente: http://www.rice.edu

Last Update: 1. November 2012 08:55

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