Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
Posted in | Nanomaterials

De Nieuwe Studie Nanomaterial Baant Weg om Beter Pantser Te Ontwikkelen

Published on November 8, 2012 at 3:32 AM

Het Bieden van bescherming tegen effecten van kogels en andere hoge snelheidsprojectielen is meer dan enkel een kwestie van brute sterkte. Terwijl de traditionele schilden van omvangrijke materialen zoals staal zijn gemaakt, heeft het nieuwere die lichaamspantser van lichtgewichtmateriaal zoals Kevlar wordt gemaakt aangetoond dat de dikte en het gewicht niet noodzakelijk voor het absorberen van de energie van effecten zijn. Nu, hebben een nieuwe studie door onderzoekers bij MIT en Rice University aangetoond dat nog de lichtere materialen kunnen kunnen het werk doen zoals enkel effectief.

Dit elektronenmicroscoopbeeld van een dwarsdoorsnede van een gelaagd polymeer toont de krater eerder zelfs verlaten door een beïnvloedende glasparel, en de misvorming van, parallelle lijnen van de gelaagde structuur als resultaat van het effect. In deze test, was het gelaagde materiaal rand- aan het effect. De Vergelijkende tests toonden aan dat toen het projectiel frontaal raakte, het materiaal zich tegen het effect kon effectiever verzetten. (De hoffelijkheid van het Beeld van Thomas Lab, Rice University)

De sleutel moet samenstellingen gebruiken van twee of meer materialen worden gemaakt waarvan stijfheid en de flexibiliteit op zeer specifieke manieren - zoals in afwisselende lagen enkel een paar nanometers die dik gestructureerd is. Het onderzoekteam produceerde miniatuurhoge snelheidsprojectielen en mat de invloed die zij op het effect-absorberend materiaal hebben gehad.

De resultaten van het onderzoek worden gemeld in de Mededelingen van de dagboekAard, in een document mede gecreëerd door vroegere postdoc jae-Hwang Lee, nu een wetenschappelijk onderzoeker bij Rijst; postdoc Markus Retsch; de gediplomeerde Zanger van studentenJonathan; Edwin Thomas, een vroegere professor MIT die nu bij Rijst is; gediplomeerde student David Veysset; vroegere gediplomeerde student Gagan Saini; vroegere postdoc Thomas Pezeril, nu op de faculteit in Université du Maine, in Le Mans, Frankrijk; en chemie Professor Keith Nelson. Het experimentele werk werd geleid bij het Instituut van MIT voor de Nanotechnologie van de Militair.

Het team ontwikkelde een zelf-assembleert polymeer met een laag-cake structuur: rubberachtige lagen, die veerkracht verstrekken, afwisselend met glazige lagen, die sterkte verstrekken. Zij ontwikkelden toen een methode om glasparels bij het materiaal te ontspruiten bij hoge snelheid door een laserimpuls te gebruiken om een laag van materiaal enkel onder zijn oppervlakte snel te verdampen. Hoewel de parels uiterst klein waren - enkel miljoensten van een meter in diameter - zij waren nog honderden tijden groter dan de lagen van het polymeer dat zij hebben beïnvloed: groot genoeg om effecten door grotere voorwerpen, zoals kogels te simuleren, maar klein genoeg zo zouden de gevolgen van de effecten kunnen worden bestudeerd in detail gebruikend een elektronenmicroscoop.

Het Zien van de lagen

De Gestructureerde polymeersamenstellingen zijn eerder getest voor mogelijke effect-bescherming toepassingen. Maar niemand had een manier gevonden precies te bestuderen hoe zij werken - zodat was er geen manier systematisch om naar betere combinaties materialen te zoeken.

De nieuwe die technieken door de onderzoekers van MIT en van de Rijst worden ontwikkeld konden zulk een methode verstrekken. Hun werk kon vooruitgang betreffende materialen voor toepassingen in lichaam en voertuigpantser versnellen; de beveiliging om satellieten tegen micrometeorite te beschermen beïnvloedt; en de deklagen voor de bladen van de straalmotorturbine tegen hoge snelheid te beschermen beïnvloedt door zand of ijsdeeltjes.

De methodes het team ontwikkelden zich voor het veroorzaken van laboratoriumhoge snelheidseffecten, en voor het meten van de effecten' gevolgen op een nauwkeurige manier, „kan een uiterst nuttig kwantitatief hulpmiddel voor de ontwikkeling van beschermende nanomaterials zijn,“ zegt Lee, de hoofdauteur van het document, die veel van dit onderzoek terwijl in het Ministerie van MIT van de Wetenschap en de Techniek van Materialen deed. „Ons werk stelt sommige waardevol inzicht voor om de bijdrage“ te begrijpen van de nanoscalestructuur tot de manier dergelijke materialen een effect absorberen, zegt hij.

Omdat het gelaagde materiaal zulk een voorspelbare, bevolen structuur heeft, worden de gevolgen van de effecten gemakkelijk gekwantificeerd door vervormingen in dwarsdoorsnede waar te nemen. „Als u wilt uit testen hoe de bevolen systemen zich zullen gedragen,“ de Zanger zegt, „dit is de perfecte structuur voor het testen.“

Welke richting het best werkt

Het team vond dat toen de projectielen de lagen frontaal raakten, zij effectiever het effect 30 percenten dan in rand- beïnvloeden absorbeerden. Die informatie kan directe relevantie voor het ontwerp van betere beschermende materialen hebben.

Nelson heeft jaren doorgebracht die technieken ontwikkelen die laserimpulsen gebruiken om nanoscale schokgolven waar te nemen en te kwantificeren - technieken die voor dit onderzoek met behulp van Lee, Veysset en andere teamleden werden aangepast. Ideaal Gezien, voortaan hoopt het onderzoek, het team de passage van projectielen in echt kunnen waarnemen - tijd om een beter inzicht in de opeenvolging van gebeurtenissen te krijgen aangezien het beïnvloede materiaal vervorming en schade ondergaat, zegt Nelson.

Bovendien nu de experimentele methode is ontwikkeld, zouden de onderzoekers verschillende materialen willen onderzoeken en de structuren om te zien hoe deze aan effecten antwoorden, Nelson zegt: het variëren van de samenstelling en de dikte van lagen, of het gebruiken van verschillende structuren.

Donald Shockey, directeur van het Centrum voor de Fysica van de Breuk bij Internationale SRI, een onderzoekinstituut zonder winstbejag in Menlo Park, Californië, zegt, „Het is een nieuwe en nuttige benadering die nodig begrip van de mechanismen regeren die zal verstrekken hoe een projectiel beschermende vesten en helmen.“ doordringt Hij voegt toe dat deze die resultaten „de gegevens verstrekken worden vereist om computermodellen“ te ontwikkelen en te bevestigen om het gedrag van effect-bescherming materialen te voorspellen en nieuwe, betere materialen te ontwikkelen.

De „sleutel tot het ontwikkelen van materialen met betere effectweerstand moet misvorming begrijpen en het mislukkingsgedrag bij het uiteinde van een het vooruitgaan projectiel,“ Shockey zegt. „Wij moeten dat kunnen zien.“

Bron: http://web.mit.edu

Last Update: 8. November 2012 04:43

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