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一種可以使復(fù)合材料在動態(tài)加載時更堅韌數(shù)倍的納米膠水
一篇新發(fā)表在《自然通訊》雜志上的文章報道了一個意想不到的發(fā)現(xiàn)，即加載頻率對多層復(fù)合材料的斷裂能量有影響，這種復(fù)合材料中含有一種"納米膠"，倫斯勒也率先使用了這種膠。
倫斯勒材料科學(xué)與工程學(xué)院的教授兼這項研究的主要作者 Ganpati Ramanath 說:"在動態(tài)刺激的過程中，在界面上發(fā)現(xiàn)、理解和操縱納米尺度現(xiàn)象是設(shè)計具有新穎應(yīng)用反應(yīng)的新材料的關(guān)鍵。"。 "我們的研究表明，在層狀復(fù)合材料的界面上引入納米粘合層可以導(dǎo)致在某些加載頻率下產(chǎn)生較大的機械增韌。"
Ramanath 和他的合作者團隊發(fā)現(xiàn)，在一定的加載頻率下，使納米膠水修飾的聚合物-金屬-陶瓷復(fù)合材料斷裂所需的能量增加了三倍，并且超過了靜態(tài)加載斷裂能。 這種行為是意想不到的，而且意義重大，因為斷裂能通常在循環(huán)加載時比在靜態(tài)加載時更低。 這種頻率相關(guān)的增韌只有當(dāng)納米膠層被用來結(jié)合金屬和陶瓷時才被觀察到。
結(jié)果還表明，復(fù)合材料中聚合物的力學(xué)性能決定了復(fù)合材料的增韌頻率范圍和增韌程度。 具體來說，納米膠促進了金屬-陶瓷界面的載荷傳遞，并通過塑性變形使聚合物中的能量耗散，從而導(dǎo)致斷裂能的增加。
"我們的發(fā)現(xiàn)為使用聚合物和界面納米膜的不同組合來設(shè)計具有新反應(yīng)的復(fù)合材料提供了全新的可能性。 例如，我們可以實現(xiàn)一種全新的智能復(fù)合材料，它可以在某些頻率下顯著增韌甚至自毀。
"我們的研究發(fā)現(xiàn)，受益者在納米膠水效應(yīng)和復(fù)合材料中一種成分的特性之間的聯(lián)合，在周期性負載中打開了一個新的范例,"合著者 Michael Lane 說，他是 Emory & Henry 學(xué)院的 Billie Sue Hurst 化學(xué)教授。 "操縱耦合實際上可以使復(fù)合材料在我們傳統(tǒng)上試圖避免的加載條件下更加穩(wěn)健，因此可以極大地擴大復(fù)合材料的應(yīng)用范圍并提高其性能。"
這項突破性的工作是來自弗吉尼亞州紐約和格勒諾布爾的多學(xué)科研究人員合作的產(chǎn)物。 因此，它說明了新理工學(xué)院的國際性和跨學(xué)科性，是倫斯勒研究和教育的指導(dǎo)模式。