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Posted in | Nanomaterials

Il Nuovo Studio del Nanomaterial Apre la Strada A Sviluppare la Migliore Armatura

Published on November 8, 2012 at 3:32 AM

Assicurare la protezione contro gli impatti dai richiami e da altri proiettili ad alta velocità è più appena di un aspetto di concentrazione brutale. Mentre i carter tradizionali sono stati fatti dei materiali ingombranti quale l'acciaio, la più nuova armatura fatta di materiale leggero quale il Kevlar ha indicato che lo spessore ed il peso non sono necessario per l'assorbimento dell'energia degli impatti. Ora, un nuovo studio dai ricercatori al MIT e la Rice University ha indicato che ancora i materiali più leggeri possono essere capaci di fare il processo appena come efficacemente.

Questa immagine del microscopio elettronico di una sezione trasversale di un polimero stratificato mostra il cratere lasciato da una perla di vetro urtante e la deformazione del precedentemente anche, righe parallele della struttura stratificata come conseguenza dell'impatto. In questa prova, il materiale stratificato era barriera-all'impatto. Gli esami Comparativi hanno provato che quando il proiettile ha colpito frontalmente, il materiale poteva resistere all'impatto molto più efficacemente. (Cortesia di Immagine del Laboratorio, della Rice University di Thomas)

Il tasto è di usare i compositi fatti di due o più materiali di cui rigidezza e la flessibilità è strutturata nei modi molto specifici - come in alternare mette a strati densamente appena alcuni nanometri. Il gruppo di ricerca ha prodotto i proiettili ad alta velocità miniatura ed ha misurato gli effetti che hanno avuti sul materiale impatto-assorbente.

I risultati della ricerca sono riferiti nelle Comunicazioni della Natura del giornale, in un documento co-creato da precedente postdoc Jae-Hwang Lee, ora un ricercatore a Riso; postdoc Markus Retsch; dottorando Jonathan Cantante; Edwin Thomas, l'ex professor del MIT che è ora a Riso; dottorando David Veysset; ex dottorando Gagan Saini; precedente postdoc Thomas Pezeril, ora sulla facoltà a Université du Maine, a Le Mans, la Francia; ed il professor Keith Nelson di chimica. Il lavoro sperimentale è stato condotto all'Istituto del MIT per le Nanotecnologie del Soldato.

Il gruppo ha sviluppato un polimero dimontaggio con una struttura del livello-dolce: livelli gommosi, che forniscono l'elasticità, alternanti con i livelli vetrosi, che forniscono la concentrazione. Poi hanno messo a punto un metodo per la fucilazione delle perle di vetro al materiale all'alta velocità usando un impulso del laser per evaporare rapido un livello di materiale appena sotto la sua superficie. Sebbene le perle siano minuscole - appena millionths di un metro di diametro - erano ancora centinaia di periodi più grandi dei livelli del polimero che hanno urtato: abbastanza grande simulare gli impatti dai più grandi oggetti, quali i richiami, ma abbastanza piccolo così gli effetti degli impatti hanno potuto essere studiati dettagliatamente facendo uso di un microscopio elettronico.

Vedere i livelli

I compositi Strutturati del polimero precedentemente sono stati provati ad applicazioni possibili della impatto-protezione. Ma nessuno aveva trovato un modo studiare esattamente come funzionano - così non c'era modo cercare sistematicamente le combinazioni migliori di materiali.

Le nuove tecniche sviluppate dai ricercatori del Riso e del MIT hanno potuto fornire un tal metodo. Il Loro lavoro ha potuto accelerare il progresso sui materiali per le applicazioni in armatura del veicolo e dell'organismo; protezione per proteggere i satelliti dagli impatti del micrometeorite; e rivestimenti affinchè palette della turbina del motore a propulsione proteggano dagli impatti ad alta velocità dalle particelle del ghiaccio o della sabbia.

I metodi il gruppo sviluppato per la produzione degli impatti ad alta velocità a livello di laboratorio e per la misurazione effetti degli impatti' in un modo preciso, “può essere uno strumento quantitativo estremamente utile per lo sviluppo dei nanomaterials protettivi,„ dice Lee, l'autore principale del documento, che ha effettuato molta di questa ricerca mentre nel Dipartimento del MIT di Scienza e di Assistenza Tecnica dei Materiali. “Il Nostro lavoro presenta alcune comprensioni apprezzate per capire che il contributo„ della struttura del nanoscale al modo tali materiali assorba un impatto, dice.

Poiché il materiale stratificato ha così prevedibile, la struttura ordinata, gli effetti degli impatti è quantificata facilmente osservando le deformazioni nella sezione trasversale. “Se volete provare fuori come i sistemi ordinati si comporteranno,„ Cantante dice, “questa è la struttura perfetta per le prove.„

La Quale direzione funziona il più bene

Il gruppo ha trovato che quando i proiettili hanno colpito i livelli frontalmente, hanno assorbito l'impatto 30 per cento più efficacemente di in barriera-su impatto. Quelle informazioni possono avere pertinenza immediata per la progettazione dei materiali protettivi migliori.

Il Nelson ha passare gli anni che sviluppano le tecniche che usano gli impulsi del laser per osservare e quantificare le onde d'urto del nanoscale - tecniche che si sono adattate per questa ricerca con l'aiuto di Lee, di Veysset e di altri membri di gruppo. Nel Migliore Dei Casi, nella ricerca futura, il gruppo spera di potere osservare il passaggio dei proiettili in tempo reale per ottenere una migliore comprensione della serie di eventi mentre il materiale incastrato subisce la deformazione ed il danno, il Nelson dice.

Inoltre, ora che il metodo sperimentale è stato messo a punto, i ricercatori vorrebbero studiare i materiali differenti e le strutture per vedere come queste rispondono agli impatti, Nelson dice: variando la composizione e lo spessore dei livelli, o usando le strutture differenti.

Donald Shockey, Direttore del Centro per Fisica di Frattura all'Internazionale di SRI, un istituto di ricerca senza scopo di lucro a Menlo Park, California, dice, “È un romanzo e un approccio utile che forniranno la comprensione necessaria dei meccanismi che governano come un proiettile penetra le maglie ed i caschi protettivi.„ Aggiunge che questi risultati “forniscono i dati richiesti di sviluppare e convalidare i modelli di calcolo„ per predire il comportamento dei materiali della impatto-protezione e per sviluppare i nuovi, materiali migliori.

“Il tasto ai materiali elaboranti con migliore resistenza all'urto è di capire la deformazione e comportamento dell'errore al suggerimento di un proiettile d'avanzamento,„ Shockey dice. “Dobbiamo potere vedere quello.„

Sorgente: http://web.mit.edu

Last Update: 8. November 2012 04:44

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