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Nanoscale の新しい調査は Metamaterials を設計するために洞察力を提供します

Published on November 1, 2012 at 7:31 AM

米、 MIT の研究は兵士、宇宙航空材料のための防護着の強さの最大化を助けることができます

、 Ned トマス米および材料の科学者の把握の工学のジョージ R. ブラウン School の学部長中停止し、密封した弾丸が付いているポリウレタンディスク。 トマスは nanoscale でそのような材料の特性に調査を導いています。 (トミー LaVergne 著写真)

マクロ世界では、弾丸が目的に当ると何が起こるか見ることは容易です。 しかし非常に小さい弾丸が付いている nanoscale で何が起こりますか。

兵士のナノテクノロジーのためのマサチューセッツ工科大学そして協会の研究者と共同するライス大学の実験室は、それらを始動させるための nanoscale の目標資料、マイクロスケールの弾薬および方法の作成によって調べることにしました。

プロセスでは、それらはブロック共重合体と呼出される材料が突然の影響の緊張をどのようにについての散らすか驚くほどの情報を集めました。

研究者の目的は micrometeorites およびスペースがらくたから宇宙船および衛星を保護する材料をより強く、より軽い防護着、航空機とクラッディングのためのジェット・エンジンのタービン・ブレードのための変形か障害に不浸透にする新しい方法を見つけることです。 作業はオンラインジャーナル性質の通信連絡で詳しく述べられました。

グループは米材料の科学者 Ned トマス、ウィリアムおよび Stephanie の米の工学および米の研究のの Jae-Hwang リージョージ R. ブラウン School の病気の学部長によって科学者および主執筆者導かれました。

研究者は複雑な multiblock 共重合体ポリウレタン材料が 9 つの mm の弾丸しか停止しない機能を示したまたそれの後ろの通路を密封するために促されましたマクロスコピック弾道テストの彼らの観察によって。

「ポリマー実際に弾丸を阻止し、それ密封される」、はトマスは言いま、 3 つの弾丸が付いている明確なプラスチックのホッケーのパックサイズの部分をしっかりと埋め込まれて保持します。 「マクロスコピック損傷がありません; 材料は失敗しませんでした; それは割れませんでした。 まだそれを見通すことができます。 これは大きい弾道風防ガラス材料です。

「私達はこのポリウレタンが方法をなぜ働かせるか調べたいと思います。 論理上ガラス状およびゴムのような領域の nanoscale 機能がある材料 - のこの特定の種類が消散エネルギーでとてもよいなぜか、理解される誰も」と彼は言いました。

1 つの問題は、トマスは言いましたり、ポリマーを nanoscale のそれを 「分析するために切ることが幾日を」。取ることです 研究者は nanoscale で同様に反応し、大いにより速く分析できるモデル材料を追求しました。 彼らはポリスチレンpolydimethylsiloxane の diblock 共重合体の 1 つを見つけました。 材料はガラス状およびゴムのようなポリマーの交互になる 20 ナノメーターの層に自己組み立てます。 走査型電子顕微鏡の下で、それはコーデュロイのように見えます; テストの後で、影響からの中断パターンははっきり見ることができます。

結果は投射物を阻止し、ポリマーのような、エントリ経路の密封を助けたようである同質な液体に十分に高速のために、層にされた材料溶けた予想外の結果および複数の期待された変形のメカニズムを示しました。 共重合体はまたところでによって球衝突別様に動作しました。 材料は球が層へ発射された垂直だったときに影響のエネルギーを散らす最もよい機能を示しましたと、トマスは言いました。

考えをテストすることは特別な装置を取りました。 調査チームはガラス球を直径の始動させるのにレーザーのパルスを約 3 ミクロン (LIPIT)使用するレーザー誘発の投射物の衝撃試験ダビングされた小型化されたテスト方法を思い付きました。 球はターゲットに直面する薄い引きつけられるフィルムの 1 つの側面で置かれます。 パルスがフィルムに当るとき、エネルギーによりそれは蒸発します、飛ぶ球は毎秒 .5 のそして 5 キロメートルの間で当って促進します。 速度の運動エネルギーのスケールが平方したので、速度の 10 の要因は影響エネルギーの 100 の要因に変換しますと、トマスは言いました。

リーは実世界タームの影響を計算しました: 球は 2,000 倍ターゲットをりんごの下る 1 メートル衝突百万倍より少ない力が付いている地面、速く打ちます。 ただし、球の弾着地域がそう集中されるので、影響エネルギーは 760 倍以上より大きいです。 そのマークを残しますと、彼は言いました。

チームは 2 つの方法で材料をテストしました: 水平に、マイクロ穀物への影響の垂直と、および縦に、まっすぐに層にされた端に。 彼らは投射物の停止で層が事件の衝撃波の部分を反映するので水平の物質的なベストを、多分見つけました。 投射物の前の溶解のゾーンを越えて、層は改善されたエネルギー吸収の原因となった壊れないで変形する機能を示しました。

「これらの素晴らしい平行層がどうなるか影響が私達どのように深く得られる弾丸、横断面構造入り、見ることができた見る後と」、トマスは言いました。 「それらはこれが非常に大きく、高性能の、軽量の保護材料であることができる」。ように投射物の浸透の改革の物語を告げ、私達がどんなメカニズムが、 nanoscale で、起こるかもしれないか理解するのを助けます

トマスはテストする窒化ホウ素のような他のライト級選手に LIPIT を、 nanostructured 材料、カーボンによって nanotube 補強された合成物およびグラファイトおよび graphene ベースの材料伸ばすことを望みます。 最終目的は、彼は言いましたり、いろいろなアプリケーションのための nano そして微細構造の精密な制御を用いる metamaterials のデザインを加速することです。

ペーパーの共著者は MIT に大学院生デイヴィッド Veysset、ジョナサンの歌手、 Gagan Saini およびキースネルソンです; バイロイト、ドイツの MIT そして大学の Markus Retsch; そして MIT および Université DU メイン、ルマン、フランスの Tomas Pezeril。

研究は米国陸軍の研究のオフィスによってサポートされました。

ソース: http://www.rice.edu

Last Update: 1. November 2012 08:55

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