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Posted in | Nanomaterials

Neue Nanomaterial-Studie Ebnet Methode, Bessere Rüstung Zu Entwickeln

Published on November 8, 2012 at 3:32 AM

Schutz gegen Auswirkungen vor Kugeln und anderen Hochgeschwindigkeitsgeschossen Zu Bieten ist mehr als gerade ein Stoff der roher Gewalt. Während traditionelle Schilder von den sperrigen Materialien wie Stahl hergestellt worden sind, hat die neuere Schutzkleidung, die vom leichten Material wie Kevlar hergestellt wird, gezeigt, dass Stärke und Gewicht nicht für das Absorbieren der Energie von Auswirkungen notwendig sind. Jetzt hat eine neue Studie durch Forscher an MIT und Rice University gezeigt, dass sogar hellere Materialien möglicherweise zu die Arbeit gerade erledigen als effektiv fähig sind.

Dieses Elektronenmikroskopbild eines Querschnitts eines überlagerten Polymers zeigt den Krater vorher, der sogar durch eine auswirkende Glasperle gelassen werden, und die Deformation von, parallele Zeilen der Sandwich-Struktur infolge der Auswirkung. In dieser Prüfung war das überlagerte Material Rand-auf zur Auswirkung. Vergleichbare Prüfungen zeigten, dass, als das Geschoß frontal schlug, das Material in der Lage war, der Auswirkung effektiv zu widerstehen viel. (Bildhöflichkeit des Thomas-Labors, Rice University)

Die Taste ist, die Zusammensetzungen zu verwenden, die von zwei gemacht werden oder mehr Materialien, deren Steifheit und Flexibilität auf sehr spezifische Arten strukturiert werden - wie, bei der Abwechslung überlagert gerade einige nm dick. Das Forschungsteam produzierte Miniaturhochgeschwindigkeitsgeschosse und maß die Effekte, die sie auf dem Auswirkung-absorbierenden Material hatten.

Die Ergebnisse der Forschung werden in der Zapfen Natur-Nachrichtenübermittlung, in einem Papier gemeldet, das durch ehemaliges postdoc Jae-Hwang Lee, jetzt ein Forschungswissenschaftler am Reis mit-geschrieben wird; postdoc Markus Retsch; Student im Aufbaustudium Jonathan-Sänger; Edwin Thomas, ein ehemaliger MITprofessor, der jetzt am Reis ist; Student im Aufbaustudium David Veysset; ehemaliger Student im Aufbaustudium Gagan Saini; ehemaliges postdoc Thomas Pezeril, jetzt auf der Lehrkörper bei Université du Maine, in Le Mans, Frankreich; und Chemieprofessor Keith Nelson. Die experimentelle Arbeit wurde an Institut MITS für Soldat-Nanotechnologien durchgeführt.

Das Team entwickelte ein selbst-zusammenbauendes Polymer mit einer Tortenzelle: gummiartige Schichten, die Beweglichkeit liefern, wechselnd mit glasigen Schichten ab, die Stärke liefern. Sie entwickelten dann eine Methode für das Schießen von Glasperlen auf das Material an der großen Geschwindigkeit, indem sie einen Laser-Impuls verwendeten, um eine Schicht Material gerade unterhalb seiner Oberfläche schnell zu verdunsten. Obwohl die Raupen klein waren - gerade millionths eines Meters im Durchmesser - sie waren noch Hunderte von den Zeiten, die des Polymers größer als die Schichten sind, das sie sich auswirkten: groß genug, Auswirkungen durch größere Nachrichten, wie Kugeln zu simulieren, aber klein genug so konnten die Effekte der Auswirkungen unter Verwendung eines Elektronenmikroskops ausführlich studiert werden.

Sehen der Schichten

Strukturierte Polymerzusammensetzungen sind vorher auf mögliche Auswirkungschutz Anwendungen geprüft worden. Aber niemand hatte eine Methode gefunden, genau zu studieren, wie sie arbeiten - so es gab keine Methode, nach verbesserten Kombinationen von Materialien systematisch zu suchen.

Die neuen Techniken, die von den MIT- und Reisforschern entwickelt wurden, konnten solch eine Methode zur Verfügung stellen. Ihre Arbeit konnte Fortschritt auf Materialien für Anwendungen in der Gehäuse- und Fahrzeugrüstung beschleunigen; Abschirmung, zum von Satelliten vor Micrometeoriteauswirkungen zu schützen; und Beschichtungen, damit StrahltriebwerkTurbinenschaufeln vor Hochgeschwindigkeitsauswirkungen durch Sand- oder Eispartikel sich schützen.

Die Methoden das Team entwickelt für das Produzieren Hochgeschwindigkeitsauswirkungen von in der Laborphase und für Effekte das Messen der Auswirkungen' auf eine genaue Art, „sein kann ein extrem nützliches quantitatives Hilfsmittel für die Entwicklung von schützenden Nanomaterials,“ sagt Lee, den führenden Autor des Papiers, das viel dieser Forschung während in Abteilung MITS der Material-Wissenschaft und der Technik tat. „Unsere Arbeit stellt etwas wertvolle Einblicke dar, um zu verstehen, dass der Beitrag“ der nanoscale Zelle zur Methode solche Materialien eine Auswirkung absorbieren, sagt er.

Weil das überlagerte Material solch ein vorhersagbares hat, werden bestellte Zelle, die Effekte der Auswirkungen leicht mengenmäßig bestimmt, indem man Verzerrungen im Querschnitt beobachtet. „Wenn Sie heraus prüfen möchten, wie bestellte Anlagen sich benehmen,“ sagt Sänger, „dieses ist die perfekte Zelle für die Prüfung.“

Welche Richtung gut funktioniert

Das Team fand, dass, als die Geschosse die Schichten frontal schlugen, sie die Auswirkung 30 Prozent effektiv als in Rand-auf Auswirkung absorbierten. Diese Informationen haben möglicherweise unmittelbare Bedeutung für die Auslegung von verbesserten schützenden Materialien.

Nelson hat die Jahre Techniken entwickelnd verbracht, die Laser-Impulse verwenden, um nanoscale Stoßwellen zu beobachten und mengenmäßig zu bestimmen - Techniken, die für diese Forschung mithilfe Lee, Veysset und anderer Teammitglieder angepasst wurden. Ideal in der zukünftigen Forschung, hofft das Team, in der Lage zu sein, die Durchführung von Geschossen in der Istzeit zu beobachten, um ein besseres Verständnis der Ereignisreihenfolge zu erhalten, während das ausgewirkte Material Verzerrung und Schaden durchmacht, Nelson sagt.

Darüber hinaus nun da die experimentelle Methode entwickelt worden ist, möchten die Forscher verschiedene Materialien nachforschen und die Zellen, zu sehen, wie diese auf Auswirkungen reagieren, Nelson sagt: Unterschied die Zusammensetzung und die Stärke von Schichten oder die Anwendung von verschiedenen Zellen.

Donald Shockey, Direktor der Mitte für Bruch-Physik an SRI-International, ein gemeinnütziges Forschungsinstitut in Menlo Park, Calif., sagt, „Es ist ein Roman und ein nützlicher Anflug, die erforderliches Verständnis der Vorrichtungen liefern, die regeln, wie ein Geschoß eindringt Schutzwesten und Sturzhelme.“ Er fügt, dass diese Ergebnisse „die Daten liefern, die benötigt werden, Computerbaumuster zu entwickeln und zu validieren“, um das Verhalten von Auswirkungschutz Materialien vorauszusagen und die neuen, verbesserten Materialien zu entwickeln hinzu.

„Die Taste zu sich entwickelnden Materialien mit besserer Schlagzähigkeit ist, Deformation zu verstehen und Versagenverhalten an der Spitze eines voranbringenden Geschosses,“ sagt Shockey. „Wir müssen in der Lage sein, das zu sehen.“

Quelle: http://web.mit.edu

Last Update: 8. November 2012 04:44

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