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O Estudo Novo do Nanomaterial Pavimenta a Maneira De Desenvolver a Melhor Armadura

Published on November 8, 2012 at 3:32 AM

Fornecer a protecção contra impactos das balas e de outros projécteis de alta velocidade é mais do que apenas uma matéria da força brutal. Quando os protectores tradicionais forem feitos de materiais volumosos tais como o aço, uma armadura mais nova feita do material de pouco peso tal como Kevlar mostrou que a espessura e o peso não são necessários para absorver a energia dos impactos. Agora, um estudo novo por pesquisadores no MIT e Rice University mostraram que mesmo uns materiais mais claros podem ser capazes de fazer o trabalho apenas como eficazmente.

Esta imagem do microscópio electrónico de um secção transversal de um polímero mergulhado mostra a cratera deixada por um grânulo de vidro de impacto, e a deformação do previamente mesmo, linhas paralelas da estrutura mergulhada em conseqüência do impacto. Neste teste, o material mergulhado era borda-ao impacto. Os testes Comparativos mostraram que quando o projéctil bateu frontal, o material podia resistir muito mais eficazmente o impacto. (Cortesia de Imagem do Laboratório de Thomas, Rice University)

A chave é usar os compostos feitos de dois ou mais materiais cujas rigidez e a flexibilidade é estruturada em maneiras muito específicas - como em alternar mergulha apenas alguns nanômetros densamente. A equipa de investigação produziu projécteis de alta velocidade diminutos e mediu os efeitos que tiveram no material deabsorção.

Os resultados da pesquisa são relatados nas Comunicações da Natureza do jornal, em um papel co-sido o autor pelo Lee anterior de Jae-Hwang do postdoc, agora um cientista da pesquisa no Arroz; postdoc Markus Retsch; Cantor de Jonathan do aluno diplomado; Edwin Thomas, um professor anterior do MIT que esteja agora no Arroz; aluno diplomado David Veysset; aluno diplomado anterior Gagan Saini; postdoc anterior Thomas Pezeril, agora na faculdade em Université du Maine, em Le Mans, França; e professor Keith Nelson da química. O trabalho experimental foi conduzido no Instituto do MIT para Nanotecnologia do Soldado.

A equipe desenvolveu um polímero demontagem com uma estrutura do camada-bolo: camadas elásticos, que fornecem a superação, alternando com as camadas vítreos, que fornecem a força. Desenvolveram então um método para disparar nos grânulos de vidro no material na alta velocidade usando um pulso do laser para evaporar ràpida uma camada de material apenas abaixo de sua superfície. Embora os grânulos eram minúsculos - apenas milhonésimos de um medidor no diâmetro - eram ainda centenas de épocas maiores do que as camadas do polímero que impactaram: grande bastante para simular impactos por objetos maiores, tais como balas, mas pequeno bastante assim os efeitos dos impactos podiam ser estudados em detalhe usando um microscópio de elétron.

Vendo as camadas

Os compostos Estruturados do polímero têm sido testados previamente para aplicações possíveis da impacto-protecção. Mas ninguém tinha encontrado uma maneira de estudar exactamente como trabalham - tão não havia nenhuma maneira de procurarar sistematicamente por combinações melhoradas de materiais.

As técnicas novas desenvolvidas pelos pesquisadores do MIT e do Arroz podiam fornecer tal método. Seu trabalho podia acelerar o progresso em materiais para aplicações na armadura do corpo e do veículo; protecção para proteger satélites dos impactos do micrometeorite; e revestimentos para que as lâminas de turbina do motor de jato protejam dos impactos de alta velocidade por partículas da areia ou do gelo.

Os métodos a equipe desenvolvida produzindo os impactos de alta velocidade de laboratório, e medindo efeitos dos impactos' em uma maneira precisa, “pode ser uma ferramenta quantitativa extremamente útil para a revelação de nanomaterials protectores,” diz o Lee, autor principal do papel, que fez muita desta pesquisa quando no Departamento do MIT da Ciência e da Engenharia de Materiais. “Nosso trabalho apresenta algumas introspecções valiosas para compreender que a contribuição” da estrutura do nanoscale à maneira tais materiais absorve um impacto, diz.

Porque o material mergulhado tem tal predizível, a estrutura pedida, os efeitos dos impactos é determinada facilmente observando distorções no secção transversal. “Se você quer testar para fora como os sistemas pedidos se comportarão,” o Cantor diz, “esta é a estrutura perfeita para testar.”

Que sentido trabalha melhor

A equipe encontrou que quando os projécteis bateram as camadas frontais, absorveram o impacto 30 por cento mais eficazmente do que no borda-no impacto. Essa informação pode ter a importância imediata para o projecto de materiais protectores melhorados.

Nelson passou os anos que desenvolvem as técnicas que usam pulsos do laser para observar e determinar inquietações do nanoscale - as técnicas que foram adaptadas para esta pesquisa com a ajuda do Lee, do Veysset e dos outros membros da equipa. Idealmente, na pesquisa futura, a equipe espera poder observar a passagem dos projécteis no tempo real a fim obter uma compreensão melhor da seqüência de eventos como o material impactado se submete à distorção e ao dano, Nelson diz.

Além, agora que o método experimental foi desenvolvido, os pesquisadores gostariam de investigar materiais diferentes e as estruturas para considerar como estas respondem aos impactos, Nelson dizem: variando a composição e a espessura das camadas, ou a utilização de estruturas diferentes.

Donald Shockey, director do Centro para a Física da Fractura no International de SRI, um instituto de investigação não lucrativo em Menlo Park, Califórnia, diz, “É uma novela e uma aproximação útil que forneçam a compreensão necessário dos mecanismos que governam como um projéctil penetra vestes e capacetes protectores.” Adiciona que estes resultados “fornecem os dados exigidos desenvolver e validar modelos computacionais” para prever o comportamento de materiais da impacto-protecção e para desenvolver materiais novos, melhorados.

“A chave aos materiais tornando-se com melhor resistência de impacto é compreender a deformação e comportamento da falha na ponta de um projéctil de avanço,” Shockey diz. “Nós precisamos de poder ver isso.”

Source: http://web.mit.edu

Last Update: 8. November 2012 04:46

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