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Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

新的 Nanoscale 研究提供答案設計 Metamaterials

Published on November 1, 2012 at 7:31 AM

米, MIT 研究能幫助最大化身體裝甲力量戰士的,航空航天材料

Ned 托馬斯,工程的喬治 R. 布朗 School 的教務長在米和材料科學家,暫掛的它終止并且密封得裡面的聚氨酯盤用項目符號。 托馬斯導致對特性的這樣材料進行調查在 nanoscale。 (照片托米 LaVergne)

在這個宏觀世界,發現是容易的發生了什麼,當項目符號擊中一個對象。 但是什麼發生在 nanoscale 用非常微小的項目符號?

一個 Rice 大學實驗室,與麻省理工學院和其學院的研究員合作戰士納米技術,決定通過創建 nanoscale 目標材料、微小等級彈藥和甚而方法發現射擊的他們。

在這個進程中,他們收集了關於稱嵌段共聚物的材料如何的驚人數量的信息消散突然的影響張力。

研究員的目標是查找新穎的辦法使材料不滲透對變形或疏忽更加嚴格和更輕的身體裝甲的,噴氣機引擎渦輪葉片航空器的和金屬的能保護航天器和衛星免受微小隕石和空間垃圾。 他們的工作 在線日記帳本質通信詳述。

這個組是由米材料科學家 Ned 托馬斯,威廉和斯蒂芬妮病的教務長導致的工程和米研究的米的喬治 R. 布朗 School 科學家和主要作者 Jae-Hwang 李。

研究員由他們的在複雜 multiblock 共聚物聚氨酯材料顯示這個能力不僅終止一個 9 mm 項目符號的宏觀彈道測試的觀察啟發,而且密封在它後的入口。

「這個聚合物實際上拘捕了這個項目符號,并且密封它」,托馬斯說,拿著清楚的塑料曲棍球頑童尺寸部分用三個項目符號穩固地被埋置。 「沒有宏觀故障; 材料未發生故障; 它未崩裂。 您能通過仍然看到它。 這是巨大彈道擋風玻璃材料。

「我們要發現它的此聚氨酯為什麼運作這個方式。 理論上,知道的沒人有玻璃狀和橡皮域 nanoscale 功能 - 的此特殊的種類材料 - 為什麼在消散的能源上是很好」,他說。

一個問題,托馬斯說,是剪切這個聚合物分析在 nanoscale 「將需要幾天」。 研究員尋找了將類似起反應在 nanoscale,并且可能快速地被分析的模型材料。 他們查找了一在多苯乙烯polydimethylsiloxane diblock 共聚物。 材料自彙編到玻璃狀和橡皮聚合物交替的 20 毫微米層。 在掃描電子顯微鏡下,它看起來像條絨; 在這個測試以後,從影響的中斷模式能明顯地被看到。

結果顯示了為充分地高速度,層狀材料熔化到同類的液體似乎幫助拘捕子彈頭,并且,像這個聚合物,密封其項路徑的幾個期望的變形結構和意外的結果。 這個共聚物根據其中不同地也正常運行範圍命中。 材料顯示了這個最佳的能力消散影響能源,當範圍是被射擊的垂線對層,托馬斯說。

測試他們的想法採取了特殊設備。 研究小組產生了一個小型化的測試方法,取綽號激光誘導的子彈頭衝擊試驗 (LIPIT),使用激光脈衝射擊玻璃範圍大約直徑的 3 微米。 範圍坐面對這個目標的一部稀薄的引人入勝的影片的一個端。 當脈衝擊中這部影片時,這個能源造成它汽化,并且飛行的範圍,擊中加速在 .5 和 5 公里之間每秒。 因為與速度的動能縮放比例擺正了,系數 10 在速度轉換為系數 100 在影響能源,托馬斯說。

李計算了影響用真實世界的術語: 範圍比蘋果快速地碰撞他們的目標 2,000 次下跌的一米命中陸運,但是用百萬次較少強制。 然而,因為很集中範圍的衝擊面積,影響能源是超過 760 次更加極大的。 該留下標記,他說。

這個小組測試了他們的材料用二種方式: 水平地,與對微穀物的影響垂線,和垂直,直接到層狀邊緣。 或許,因為層反射一部分的事件衝擊波,他們查找了水平的物質最好在終止子彈頭。 在子彈頭前面的融解區域之外,層顯示了這個能力扭屈,无需中斷,導致被改進的能量吸收。

「在影響我們能參加和橫斷面這個結構和看到多麼深深獲得的這個項目符號,并且看見後什麼發生在這些好的並行層」,托馬斯說。 「他們講子彈頭的滲透的演變的故事并且幫助我們瞭解什麼結構,在 nanoscale,可能進行為了此能是這樣巨大,高性能,輕量級保護材料」。

托馬斯希望致以測試的 LIPIT 對其他輕量級選手, nanostructured 像聚氮化硼、碳 nanotube 被加強的綜合和石墨的材料并且 graphene 根據材料。 最終目標,他說,是加速 metamaterials 設計與他們的各種各樣的應用的納諾和微結構準確的控制的。

本文的共同執筆者是研究生大衛 Veysset,喬納森歌唱家, Gagan Saini 和基思納爾遜在 MIT; MIT 和拜羅伊特,德國大學的馬庫斯 Retsch; 并且 MIT 和 Université du 緬因,勒芒,法國的 Tomas Pezeril。

美軍研究辦公室支持這個研究。

來源: http://www.rice.edu

Last Update: 1. November 2012 08:53

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