Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Den Nya Nanoscale Studien Ger Inblickar för Att Planlägga Metamaterials

Published on November 1, 2012 at 7:31 AM

Rice MIT-forskning kunde hjälpa att maximera styrka av förkroppsligar armoren för soldater, rymdmaterial

Ned Thomas, dekan av Georgen R. Bryna Skola av att Iscensätta på Rice och en materialforskare, håll en polyurethanedisk med kulorna som den stoppade och förseglade insida. Thomas leder en utredning in i kännetecknen av sådan material på nanoscalen. (Foto av Tommy LaVergne)

I makrovärlden är det lätt att se vad händer, när en kula slår en anmärka. Men händer vad på nanoscalen med mycket mycket lilla kulor?

Ett RiceUniversitetarlabb, i samarbete med forskare på Massachusettset Institute of Technology och dess Institut för SoldatNanotechnologies, avgjorde att finna ut, genom att skapa nanoscalen, uppsätta som mål material, microscaleammoen och även metoden för att avfyra dem.

I det processaa samlade de ett överraska belopp av information om hur material som kallas kvartercopolymers skingrar anstränga av plötsligt får effekt.

Målet av forskarna är att finna ny väg att göra material mer impervious till deformering eller fel för starkare och mer ljus att förkroppsliga armoren, jetmotorturbinblad för flygplan och för att cladding ska skydda rymdskepp och satelliter från micrometeorites och utrymme för att kasta. Deras arbete specificerades i det on-line förar journal över NaturKommunikationer.

Gruppen var ledde vid Ricematerialforskare Ned Thomas, Williamen och Stephanie den Sjuka Dekanen av Rices George R. Bryna Skola av den Iscensätta och Riceforskningforskare och leder författare Jae-Hwang Lee.

Forskarna inspirerades av deras observationer i macroscopic ballistiskt testar i vilka komplex multiblock en materiell copolymerpolyurethane visade kapaciteten inte endast att stoppa en kula för en mm 9, men också att försegla entrywayen bak den.

”Har polymern faktiskt arresterat kulan, och förseglat det,”, sade Thomas, innehav som enstorleksanpassad hockey lappar av klart plast- med tre kulor bäddade in fast. ”Finns Det någon macroscopic skada; det materiellt har inte missat; det har inte knäckt. Du kan stilla ser igenom det. Detta skulle är en materiell stor ballistisk windshield.

”Önskar Vi att finna ut därför denna polyurethane fungerar det gör långt. Teoretiskt inget som förstås därför denna särskilda sort av materiellt - som har nanoscalesärdrag av glas- och rubbery områden - som skulle för att vara så bra på skingrande energi,”, sade han.

Ett problem, sade är Thomas, att klipp polymern som analyserar det på nanoscalen ”skulle, tar dagar.”, Forskarna sökte en materiell modellera som skulle reagerar på motsvarande sätt på nanoscalen och kunde analyseras mycket snabbare. De grundar en i en polystyren-polydimethylsiloxanediblock-copolymer. Det materiellt själv-monterar in i att växla 20 nanometerlagrar av glas- och rubbery polymrer. Under ett scanningelektronmikroskop ser den lik manchester; få effekt kan klart ses, efter testa, söndringen har mönstrat från.

Resultaten visade flera förväntad deformeringmekanism, och det oväntade resultatet, som för tillräckligt kickhastigheter, det i lagra materiellt som smälts in i en homogen flytande, som verkade för att hjälpa att arrestera projektilen och, gillar polymern, förseglar dess tillträdesbana. Copolymeren uppförde också olikt beroende av var sphereshiten. Det materiellt visade att den bäst kapaciteten att skingra energin av får effekt, då spheres var den avfyrade perpendicularen till lagrarna, sade Thomas.

När du Testar deras idéer tog special utrustning. Det miniaturized forskninglaget kom med testar upp metoden som dubbades denframkallade projektilen, får effekt testar (LIPIT), som använder en laser pulserar för att avfyra glass spheres omkring 3 mikroner i diameter. Spheresna sitter på en sida av tunt absorbera filmar vända mot uppsätta som mål. Och 5 kilometer per understödja, När en pulsera slår filma, orsakar energin den för att avdunsta och spheresna som flyger av och att slå rusar mellan .5. Sedan fjällen för kinetic energi med kvadrerad hastighet, dela upp i faktorer av 10 rusar in översätter till en dela upp i faktorer av 100 får effekt in energi, sade Thomas.

Lee beräknade få effekt i verklig värld benämner: Det deras spheresslaget uppsätta som mål 2.000 tider snabbare, än ett äpple fallande mäter hits det slipat, men med miljon tider mindre styrka. Emellertid därför att sphere'sen får effekt, koncentreras område så, få effektenergin är mer än 760 tider mer stor. Det lämnar en markera, sade han.

Laget testade deras väg för material itu: horisontellt med få effektperpendicularen till mikrokornet, och vertikalt, kantar raksträckan in i det i lagert. De grundar det horisontalmateriella bäst på att stoppa projektilar, kanske, därför att lagrarna reflekterar del av den infalla chockvågen. Det okända som melten zonplanerar framme av projektilen, lagrarna, visade kapaciteten att deformera, utan avbrott, som ledde till förbättrad energiabsorbering.

”Efter få effekt oss kan gå in och tvärsnittet strukturera och se hur djupt den fångna kulan och ser vad händde till dessa trevliga parallella lagrar,” sade Thomas. ”Berättar hjälper De berättelsen av evolutionen av genomträngningen av projektilen och oss att förstå vilken mekanism, på nanoscalen, kan äga rum för att denna för att vara en sådan store, kick-kapaciteten, materiellt lättvikts- skydd.”,

Thomas skulle något liknande för att fördjupa LIPIT som testar till andra lättvikts- nanostructured lik boronnitride för material, kol nanotube-förstärkt komposit och grafit och graphene-baserade material. Det ultimat målet, sade är han, att accelerera designen av metamaterials med preciserar kontrollerar av deras nano och microstructures för en variation av applikationer.

Co-Författare av det pappers- är doktorander David Veysset, den Jonathan Sångaren, Gagan Saini och Keith Nelson på MIT; Markus Retsch av MIT och Universitetar av Bayreuth, Tyskland; och Tomas Pezeril av MIT och Universitéen du Maine, Le Mans, Frankrike.

Forskningen stöttades av Kontoret för U.S.-ArméForskning.

Källa: http://www.rice.edu

Last Update: 1. November 2012 08:58

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