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El Nuevo Estudio del Nanomaterial Pavimenta Manera De Desarrollar un Mejor Blindaje

Published on November 8, 2012 at 3:32 AM

Proporcionar a la protección contra impactos contra puntos negros y otros proyectiles de alta velocidad es más que apenas una cuestión de fuerza bruta. Mientras Que los blindajes tradicionales se han hecho de materiales abultados tales como acero, una armadura más nueva hecha del material ligero tal como Kevlar ha mostrado que el espesor y el peso no son necesarios para absorber la energía de impactos. Ahora, un nuevo estudio de los investigadores en el MIT y Rice University ha mostrado que incluso materiales más pálidos pueden ser capaces de hacer el trabajo apenas como efectivo.

Esta imagen del microscopio electrónico de un corte transversal de un polímero acodado muestra el cráter dejado por una cuenta de cristal de afectación, y la deformación del previamente incluso, las líneas paralelas de la estructura acodada como resultado del impacto. En esta prueba, el material acodado estaba borde-en al impacto. Las pruebas Comparativas mostraron que cuando el proyectil golpeó de frente, el material podía resistir el impacto mucho más efectivo. (Cortesía de Imagen del Laboratorio de Thomas, Rice University)

El clave es utilizar los compuestos hechos de dos o más materiales cuya rigidez y adaptabilidad se estructura de maneras muy específicas - por ejemplo en la alternancia acoda apenas algunos nanómetros densamente. El equipo de investigación produjo los proyectiles de alta velocidad miniatura y midió los efectos que tenían en el material de impacto-absorción.

Los resultados de la investigación están señalados en las Comunicaciones de la Naturaleza del gorrón, en un papel co-sido autor por el postdoc anterior Jae-Hwang Lee, ahora un científico de la investigación en el Arroz; postdoc Markus Retsch; Cantante de Jonatán del estudiante de tercer ciclo; Edwin Thomas, profesor anterior del MIT que ahora está en el Arroz; estudiante de tercer ciclo David Veysset; estudiante de tercer ciclo anterior Gagan Saini; postdoc anterior Thomas Pezeril, ahora en la facultad en Université du Maine, en Le Mans, Francia; y profesor Keith Nelson de la química. El trabajo experimental conducto en el Instituto del MIT para las Nanotecnologías del Soldado.

Las personas desarrollaron un polímero uno mismo-que ensamblaba con una estructura del pastel de capas: capas con la consistencia del caucho, que proporcionan a elasticidad, alternando con las capas vidriosas, que proporcionan a fuerza. Entonces desarrollaron un método para disparar cuentas de cristal en el material en la velocidad usando un pulso del laser para evaporar rápidamente una capa de material apenas debajo de su superficie. Aunque los bordes eran minúsculos - apenas los millionths de un contador en diámetro - seguían siendo centenares de épocas más grandes que las capas del polímero que afectaron: bastante grande simular impactos por objetos más grandes, tales como puntos negros, pero bastante pequeño los efectos de los impactos se podían estudiar tan detalladamente usando un microscopio electrónico.

Ver las capas

Los compuestos Estructurados del polímero se han probado previamente para las aplicaciones posibles de la impacto-protección. Pero nadie había encontrado una manera de estudiar exactamente cómo trabajan - tan no había manera de explorar sistemáticamente para las combinaciones mejoradas de materiales.

Las nuevas técnicas desarrolladas por los investigadores del MIT y del Arroz podían proporcionar a tal método. Su trabajo podía acelerar progreso en cuanto a los materiales para las aplicaciones en blindaje del cuerpo y del vehículo; el proteger para proteger los satélites contra impactos del micrometeorite; y capas para que láminas de turbina del motor a reacción protejan contra impactos de alta velocidad por las partículas de la arena o del hielo.

Los métodos las personas desarrolladas para producir los impactos de alta velocidad de laboratorio, y para medir efectos de los impactos' de una manera exacta, “puede ser una herramienta cuantitativa extremadamente útil para el revelado de nanomaterials protectores,” dice a Lee, el autor importante del papel, que hizo mucha de esta investigación mientras que en el Departamento del MIT de la Ciencia Material y de la Ingeniería. “Nuestro trabajo presenta algunos discernimientos valiosos para entender que la contribución” de la estructura del nanoscale a la manera tales materiales absorbe un impacto, él dice.

Porque el material acodado tiene tal fiable, la estructura pedida, los efectos de los impactos es cuantificada fácilmente observando distorsiones en el corte transversal. “Si usted quiere probar fuera cómo los sistemas pedidos se comportarán,” el Cantante dice, “ésta es la estructura perfecta para probar.”

Qué dirección trabaja mejor

Las personas encontraron que cuando los proyectiles golpearon las capas de frente, absorbieron el impacto el 30 por ciento más efectivo que en borde-en impacto. Esa información puede tener importancia inmediata para el diseño de materiales protectores mejorados.

Nelson ha pasado los años que desarrollaban las técnicas que utilizan pulsos del laser para observar y para cuantificar las ondas de choque del nanoscale - las técnicas que fueron adaptadas para esta investigación con la ayuda de Lee, de Veysset y de otras piezas de personas. Idealmente, en la investigación futura, las personas esperan poder observar el pasaje de proyectiles en tiempo real para conseguir una mejor comprensión de la secuencia de evento como el material afectado experimenta la distorsión y el daño, Nelson dicen.

Además, ahora que se ha desarrollado el método experimental, los investigadores quisieran investigar diversos materiales y las estructuras para considerar cómo éstas responden a los impactos, Nelson dicen: variando la composición y el espesor de capas, o usar diversas estructuras.

Donald Shockey, director del Centro para la Física de la Fractura en el International de SRI, instituto de investigación no lucrativo en Menlo Park, California, dice, “Es una novela y una aproximación útil que proporcionarán a la comprensión necesaria de los mecanismos que regulan cómo un proyectil penetra los chalecos y los cascos protectores.” Él agrega que estos resultados “proporcionan a los datos requeridos desarrollar y validar modelos de cómputo” para predecir el comportamiento de los materiales de la impacto-protección y para desarrollar los nuevos, mejorados materiales.

“El clave a los materiales que se convierten con una mejor resistencia de impacto es entender la deformación y comportamiento del incidente en la punta de un proyectil de avance,” Shockey dice. “Necesitamos poder ver eso.”

Fuente: http://web.mit.edu

Last Update: 8. November 2012 04:47

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