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新型石墨烯增強(qiáng)彈性隔震器是一種可行的、低成本的建筑物抗震加固選擇。圖片來源：HOONA9091 PIXABAY環(huán)太平洋火山地震帶是三面環(huán)繞太平洋，上90%的地震都發(fā)生在這里。 防震房屋可以保護(hù)該地區(qū)的，但是，防震建筑比較復(fù)雜，因此價格昂貴。艾希特大學(xué)的科學(xué)家們現(xiàn)在找到了一種很有前途的方法來改善現(xiàn)有的阻尼器。
鋼和纖維增強(qiáng)橡膠
到目前為止，結(jié)構(gòu)的地震隔震是通過彈性隔震器(EIs)與被稱為SREI的交替鋼層實現(xiàn)的，該隔震器在垂直方向上是剛性的，但在水平方向上是靈活的，并且將結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)分離。插入這些設(shè)備的概念被稱為基礎(chǔ)隔離，它使結(jié)構(gòu)能夠承受潛在的破壞性地震事件的影響。
由于與制造，運輸，裝卸和安裝相關(guān)的高昂成本，目前，基本隔離技術(shù)的使用主要僅限于戰(zhàn)略建筑，例如舊金山的市政廳。 為了將這種技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展到住宅和商業(yè)建筑，人們一直在尋求新材料，這些新材料將產(chǎn)生高效，超輕便和低成本的設(shè)備。
近年來，有提出用玻璃纖維或碳纖維材料代替SREI的鋼板。實驗觀察到，由于纖維束中每一股纖維相互滑動，纖維增強(qiáng)增加顯著的摩擦阻尼。但是，它們的力學(xué)行為需要進(jìn)一步的研究，才能在現(xiàn)有的和新的結(jié)構(gòu)中安全地實施。
跨學(xué)科知識
石墨烯是一種很有吸引力的替代材料，可以用纖維來加固橡膠。它是只有一個原子厚的碳層，是薄、堅固的材料之一，并且具有機(jī)械柔韌性。石墨烯出色的機(jī)械性能已經(jīng)使這種材料成為各種新興應(yīng)用的佳候選者，從柔性電子產(chǎn)品到出色的復(fù)合材料補強(qiáng)材料。
為了確定機(jī)械和電氣性能，進(jìn)行了許多研究。 僅有少數(shù)報道將石墨烯摻入彈性體中。 艾希特大學(xué)的Maria Rosaria Marsico解釋說：“這項多學(xué)科研究是具有互補科學(xué)知識的研究人員之間合作的成功范例。 實際上，它需要從材料工程到物理和結(jié)構(gòu)動力學(xué)的各種技能和能力。”
結(jié)果令人滿意的實驗
施加1kg垂直載荷的實驗表明，在橡膠墊上添加一薄層石墨烯，可以提高樣品的垂直剛度。
實驗表明，在橡膠墊上添加一層石墨烯可以增加樣品的垂直剛度。 特別地，與石墨烯的厚層相比，當(dāng)添加石墨烯的薄層時，垂直剛度增加更多。 具有石墨烯薄層的復(fù)合橡膠也表現(xiàn)出更好的阻尼性能。 因此，可以使用天然橡膠代替具有高阻尼特性的昂貴的合成橡膠。
Marsico說：“該裝置利用橡膠和幾層石墨烯的力學(xué)性能，建立了一種提高結(jié)構(gòu)彈性的新技術(shù)，這對在破壞性地震事件中生存至關(guān)重要。”
需要進(jìn)行更多研究
這些結(jié)果奠定了將這項研究擴(kuò)展到新一代建筑保護(hù)設(shè)備的基礎(chǔ)。 但是，只有具有佳石墨烯濃度的材料才能與典型SREI的機(jī)械性能相匹配，而且重量更輕，因此更易于運輸和安裝。 對未來研究的追求是確定要在橡膠墊上均勻轉(zhuǎn)移的佳石墨烯量，以提高其機(jī)械性能。
“這項工作顯示出一種改變游戲規(guī)則的復(fù)合材料增強(qiáng)形式，并在主要地震帶中得到了應(yīng)用，它具有通過收集基礎(chǔ)科學(xué)，新興材料和工程學(xué)的獨特方面來重塑我們城市的真正潛力，” Marsico總結(jié)道。“我們相信，我們的研究結(jié)果將引起廣泛的從事復(fù)合功能材料研究的科學(xué)和工業(yè)界的關(guān)注。”