Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

De Nieuwe Studie Nanoscale Verstrekt Inzicht om Metamaterials Te Ontwerpen

Published on November 1, 2012 at 7:31 AM

De Rijst, onderzoek MIT kon helpen sterkte van lichaamspantser voor militairen, ruimtevaartmaterialen maximaliseren

Ned Thomas, deken van George R. Brown School van Techniek bij Rijst en een materialenwetenschapper, houdt een polyurethaanschijf met de kogels het binnen tegenhield en verzegelde. Thomas leidt een onderzoek van de kenmerken van dergelijke materialen bij nanoscale. (Foto door Tommy LaVergne)

In de macrowereld, is het gemakkelijk om te zien wat gebeurt wanneer een kogel een voorwerp raakt. Maar wat bij nanoscale met zeer uiterst kleine kogels gebeurt?

Een laboratorium van Rice University, in samenwerking met onderzoekers bij Massachusetts Institute of Technology en zijn Instituut voor de Nanotechnologie van de Militair, besliste te weten te komen door de materialen van het nanoscaledoel, de micro-schaal munitie en zelfs de methode te creëren om hen in brand te steken.

In het proces, verzamelden zij een verrassende hoeveelheid informatie over hoe de materialen genoemd blokcopolymeren de spanning van plotseling effect verdrijven.

Het doel van de onderzoekers is nieuwe manieren te vinden om materialen aan misvorming of mislukking voor sterker en lichter lichaamspantser, de bladen van de straalmotorturbine voor vliegtuigen, en voor bekleding ondoordringbaarder te maken om ruimtevaartuig en satellieten tegen micrometeorites en ruimtetroep te beschermen. Hun werk werd gedetailleerd in de online Mededelingen van de dagboekAard.

De groep werd geleid door de materialenwetenschapper Ned Thomas van de Rijst, de Zieke Deken William en Stephanie van George R. Brown School van Techniek, en de wetenschappelijk onderzoeker en hoofdauteur jae-Hwang Lee van de Rijst van de Rijst.

De onderzoekers werden geïnspireerd door hun observaties in macroscopische ballistische tests waarin een complex het polyurethaanmateriaal van het multiblockcopolymeer de capaciteit toonde niet alleen om een 9 mmkogel tegen te houden maar ook entryway achter het te verzegelen.

Het „polymeer heeft eigenlijk de kogel gearresteerd en verzegeld het,“ Thomas zei, houdend een hockey puck-gerangschikt stuk van duidelijk plastiek met drie stevig ingebedde kogels. „Er is geen macroscopische schade; het materiaal heeft niet ontbroken; het is niet gebarsten. U kunt nog door het zien. Dit zou een groot ballistisch windschermmateriaal zijn.

„Wij willen te weten komen waarom dit polyurethaan de manier werkt het doet. Theoretisch, begreep niemand waarom dit bepaalde soort materiaal - dat nanoscale eigenschappen van glazige en rubberachtige domeinen heeft - bij het verdrijven van energie zo goed zou zijn,“ hij zei.

Één probleem, Thomas zei, is dat knipsel het polymeer om het op nanoscale „te analyseren zou vergen dagen.“ De onderzoekers zochten een modelmateriaal dat zo ook bij nanoscale zou reageren en kon veel sneller worden geanalyseerd. Zij vonden in een polystyreen -polystyreen-polydimethylsiloxane diblock-copolymeer. Het materiaal zelf-assembleert in het afwisselen van 20 nanometerlagen glazige en rubberachtige polymeren. Onder een aftastenelektronenmicroscoop, kijkt het als ribfluweel; na de test, kan het verstoringspatroon van effect duidelijk worden gezien.

De resultaten toonden verscheidene verwachte misvormingsmechanismen en onverwacht resultaat die voor voldoende hoge snelheden, het gelaagde materiaal in een homogene vloeistof smolten die scheen helpen het projectiel en, zoals het polymeer arresteren, zijn ingangsweg verzegelen. Het copolymeer gedroeg zich ook verschillend afhankelijk van waar de gebiedenklap. Het materiaal toonde de beste capaciteit om de energie van effect te verdrijven toen de gebieden in brand gestoken loodlijn aan de lagen waren, zei Thomas.

Het Testen van hun ideeën nam speciale apparatuur. Het onderzoekteam kwam met een verkleinde testmethode op de proppen, synchroniseerde de laser-induced projectile effecttest (LIPIT), die een laserimpuls aan de gebieden van het brandglas over 3 microns in diameter gebruikt. De gebieden zitten aan één kant van een dunne absorberende film die het doel onder ogen ziet. Wanneer een impuls de film raakt, veroorzaakt de energie het laten verdampen en de gebieden om weg te vliegen, rakend snelheden tussen .5 en 5 kilometers per seconde. Sinds de kinetische energieschalen met geregelde snelheid, vertaalt de factor van 10 in snelheid aan een factor van 100 in effectenergie, zei Thomas.

Lee berekende het effect in real-world termen: De gebieden slaan sneller hun doel 2.000 keer dan een appel dalende één meterklappen de grond, maar met miljoen keer minder kracht. Nochtans, omdat het het effectgebied van het gebied zo geconcentreerd is, is de effectenergie meer dan 760 keer groter. Dat verlaat een teken, zei hij.

Het team testte hun materialen op twee manieren: horizontaal, met de effectloodlijn aan de micro- korrel, en verticaal, rechtstreeks in de gelaagde randen. Zij vonden het horizontale materiële beste bij het tegenhouden van projectielen, misschien omdat de lagen op een deel van de inherente drukgolf wijzen. Voorbij de smeltingsstreek voor het projectiel, toonden de lagen de capaciteit om zonder het breken te misvormen, die tot betere energieabsorptie leidde.

„Na het effect kunnen wij binnen gaan en de dwarsdoorsnede de structuur en zien hoe diep de kogel, werd en ziet wat aan deze aardige parallelle lagen gebeurde,“ Thomas zei. „Zij vertellen het verhaal van de evolutie van penetratie van het projectiel en helpen ons begrijpen welke mechanismen, bij nanoscale, kunnen plaatsvinden opdat dit zulk een grote, krachtige, lichtgewichtbeschermingsmateriaal.“ is

Thomas zou het testen LIPIT tot andere willen uitbreiden lichtgewicht, nanostructured materialen zoals boriumnitride, koolstof nanotube-versterkte samenstellingen en grafiet en graphene-gebaseerde materialen. Het uiteindelijke doel, zei hij, is het ontwerp van metamaterials met nauwkeurige controle van hun nano- en microstructuren voor een verscheidenheid van toepassingen te versnellen.

De Medeauteurs van het document bedragen gediplomeerde studenten David Veysset, de Zanger van Jonathan, Gagan Saini en Keith Nelson MIT; Markus Retsch van MIT en de Universiteit van Bayreuth, Duitsland; en Tomas Pezeril van MIT en Université du Maine, Le Mans, Frankrijk.

Het onderzoek werd gesteund door het Bureau van het Onderzoek van het Leger van de V.S.

Bron: http://www.rice.edu

Last Update: 1. November 2012 08:53

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