全球快訊:從貝殼中獲得啟示 科學(xué)家提出抗沖擊性結(jié)構(gòu)新策略
(資料圖)
抗沖擊性指的是樣品抵抗沖擊負(fù)荷的能力,是現(xiàn)代材料學(xué)中一個(gè)重要的指標(biāo),在許多產(chǎn)品的質(zhì)量檢測或者性能評估中有所涉及,例如車輛的保險(xiǎn)杠。而影響材料抗沖擊性的主要因素有兩個(gè),一個(gè)是材料本身的成分,另一個(gè)是材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。事實(shí)上,目前我們使用的許多抗沖擊性材料都是通過模仿自然界中生物結(jié)構(gòu)來提升抗沖擊性的。
而提到自然界中具備優(yōu)秀的抗沖擊性的結(jié)構(gòu),貝殼珍珠層很難被忽視。貝殼珍珠層的結(jié)構(gòu)非常特殊,是一種由多層微觀礦物薄片經(jīng)蛋白質(zhì)黏合后堆疊而成的類磚墻結(jié)構(gòu),在受到?jīng)_擊時(shí),看似脆弱的碳酸鈣薄片會(huì)因?yàn)閴毫Πl(fā)生滑動(dòng),從而吸收沖擊力,減少?zèng)_擊帶來的傷害。
事實(shí)上人類也從這種結(jié)構(gòu)中得到了啟發(fā),研制出仿貝殼結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)簡單的說就是通過模擬貝殼珍珠“磚塊—灰泥”結(jié)構(gòu)的內(nèi)在變形機(jī)制,提升材料應(yīng)對沖擊的能力。例如類珍珠層玻璃板便是以“玻璃板—薄層樹脂”為主要原材料,根據(jù)仿貝殼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的抗沖擊性玻璃。不過這種玻璃有個(gè)缺點(diǎn)——硬度不佳,在應(yīng)對高速?zèng)_擊的物體時(shí),強(qiáng)度遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)玻璃。這也是為什么目前常見的類珍珠層玻璃會(huì)在玻璃外側(cè)加裝普通玻璃板來提升強(qiáng)度。
其實(shí),這一問題在仿貝殼結(jié)構(gòu)中普遍存在。盡管仿貝殼結(jié)構(gòu)會(huì)表現(xiàn)出卓越抗沖擊耗能,但當(dāng)沖擊速度超過臨界值時(shí),仿貝殼結(jié)構(gòu)中的磚塊滑動(dòng)機(jī)制將無法被激活,受到的沖擊也就沒有辦法被分散吸收,此時(shí)的抗沖擊性相比于普通層狀結(jié)構(gòu)自然也不再具有優(yōu)勢。這就好像自然界中貝殼盡管很堅(jiān)固,但是在應(yīng)對捕食者的高速?zèng)_擊時(shí)(一般在秒速14.7-23.5米),也會(huì)被擊碎。
而就在近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)針對仿貝殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。團(tuán)隊(duì)制備了激光雕刻結(jié)合層壓組裝的仿貝殼玻璃結(jié)構(gòu),以及三維數(shù)字模型結(jié)合3D打印的仿貝殼軟硬復(fù)合材料結(jié)構(gòu),通過力學(xué)測試—損傷表征的實(shí)驗(yàn)研究并結(jié)合數(shù)值模擬和理論分析,詳細(xì)探究了仿貝殼結(jié)構(gòu)在不同沖擊速度下的力學(xué)性能和損傷機(jī)制。并由此做出衍生,提出了一種新的抗沖擊性仿貝殼結(jié)構(gòu)策略——通過將抗沖擊性能的優(yōu)勢速度范圍不同的各類結(jié)構(gòu)以逐層放置的方式組成混合結(jié)構(gòu),通過其他結(jié)構(gòu)來彌補(bǔ)抗沖擊速度上的劣勢,從而進(jìn)一步提高防護(hù)結(jié)構(gòu)材料在不同沖擊速度下的綜合抗沖擊性能。
而更重要的一點(diǎn)是,這種策略并不難實(shí)現(xiàn),但是效果卻非常明顯,并且可以根據(jù)實(shí)際使用需要進(jìn)行調(diào)整,具備很高的靈活性。或許在不遠(yuǎn)的未來,這類材料就會(huì)進(jìn)入到我們的生活。
(參考資料來源:科技日報(bào))
關(guān)鍵詞: 抗沖擊性 沖擊速度 這種結(jié)構(gòu)
免責(zé)聲明:本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作媒體供稿和第三方自媒體作者投稿,凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息,均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性,但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性,讀者在使用前請進(jìn)一步核實(shí),并對任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏,概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí),應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說明,并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí),溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。
企業(yè)品牌排行榜
-
2022-12-22 16:06
-
2018-09-28 11:32
-
2018-09-28 11:32
-
2018-09-28 11:32
-
2018-09-28 11:32
企業(yè)品牌熱門推薦
-
2022-12-22 16:06
-
2018-09-28 11:32
-
2018-09-28 11:32
-
2018-09-28 11:32
-
2018-09-28 11:32