Seashell-inspired glass is three times more shatter-resistant than ordinary glass — ABC Chemicals


Хотя стекло твердое, прочное и обладает многими желаемыми оптическими свойствами, оно хрупкое и легко разбивается. Однако, перламутр, также известный как перламутр, вещество, производимое некоторыми моллюсками, одновременно деформируется и становится прочным, а новое перламутровое стекло, которое копирует структуру натурального материала, превосходит как ламинат, так и закаленное стекло.1

Ключом к его производительности является трехмерная микроструктура кирпичной стены Nacre, состоящая из многоугольных минеральных кирпичей, сложенных в шахматном порядке и скрепленных биополимерами. «Если вы попытаетесь деформировать перламутр, вместо того, чтобы создавать трещины, все кирпичи скользят друг на друга», — объясняет Франсуа Бартелат, доцент Университета Макгилла и один из разработчиков нового материала. Когда кирпичи скользят, клей, удерживающий таблетки, деформируется и рассеивает энергию. «Если все кирпичи соприкасаются друг с другом, то деформируется огромный объем клея и рассеивается огромное количество энергии, и это то, что мы дублируем».

Seashell-inspired glass is three times more shatter-resistant than ordinary glass - ABC Chemicals

Для имитации перламутра с использованием стекла сфокусированный импульсный лазерный луч гравирует контуры кирпичей на листах боросиликатного стекла толщиной 220 мкм. Затем пять слоев этих листов ламинируют с помощью этиленвинилацетата толщиной 25 мкм в шахматном порядке, так что кирпичи отделяются в расположении, похожем на перламутр.

Во время испытаний на удар команда была удивлена, обнаружив, что перламутровое стекло было в два-три раза более ударопрочным, чем другие стекла. «Мы ожидали некоторого улучшения, но не думали, что превзойдем закаленное стекло», — говорит Бартелат. Сканирование Micro CT доказало, что эта производительность была вызвана механизмом скольжения, а не каким-то другим свойством. «В литературе много искусственных перламутров, но очень немногие фактически достигают скольжения таблеток».

Seashell-inspired glass is three times more shatter-resistant than ordinary glass - ABC Chemicals

Для Кириаки Коринна Датсиу, научного сотрудника в Ноттингемском университете и автора сопутствующей перспективы2 Однако следует обратить внимание на снижение жесткости. «Основным ограничением синтетического перламутрового стекла является его пониженная жесткость по сравнению с обычным многослойным стеклом», — говорит она. Это подрывает полезность продукта в приложениях, несущих нагрузку. Кроме того, поскольку полимерные промежуточные слои чувствительны к старению в окружающей среде и их жесткость снижается, «ожидается, что отклик промежуточного слоя окажет более сильное влияние на изменения времени и температуры». Поэтому существует необходимость в длительных эксплуатационных испытаниях после длительного воздействия экологических и механических нагрузок. По ее словам, с дальнейшей сертификацией и разработкой продукта «перламутровое стекло может открыть возможности для его использования в приложениях, где ударопрочность крайне желательна». Возможны автомобильные ветровые стекла и взрывобезопасные защитные материалы, которые можно использовать даже для создания более жестких сенсорных экранов.

Бартелат говорит, что использование природы в качестве отправной точки является важным шагом на пути к разработке материалов для реальных применений. «Нам нужно пройти фазу понимания материала, потому что мы делаем био вдохновение, а не копирование». Теперь у команды есть план построения микроструктуры с использованием различных материалов, которые могут быть дополнительно оптимизированы.







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *