中国科学技术大学开发新型复合玻璃材料 具有增强隔热性能和抗冲击性[879字]339
据外媒报道,中国科学技术大学的研究团队开发出新型复合玻璃,将仿珍珠母结构和剪切硬化凝胶(SSG)材料结合在一起,在保持透明度的同时表现出优异的隔热和抗冲击性。该项研究发表在期刊《先进材料(Advanced Materials)》上。
(图片来源:中国科学技术大学)
在日常生活中,大块玻璃是不可或缺的结构材料。然而,玻璃的隔热性能差且在冲击下容易破碎,是大多数建筑物和交通工具中最薄弱的部件。因此,人们迫切需要开发具有综合性能的新型复合透明材料。
为了开发新型复合玻璃,该团队研究了受珍珠母启发的结构和剪切硬化材料(shear-stiffening material)的流变特性。天然珍珠母在准静态或低速冲击载荷下,可通过片式滑动机制来耗散能量。然而,随着冲击速度加快,仿珍珠母结构的抗冲击性能迅速降低。与之相反,SSG在冲击载荷下表现出与应变速率相关的增强效应,能够在高冲击速度下耗散大量的机械能。
为了结合仿珍珠母结构和剪切硬化材料的优势,该团队使用SSG构建了仿生复合玻璃。这种仿珍珠母SSG玻璃(NSG)由两片1.4 mm厚的仿珍珠母玻璃面板和一块3.0 mm厚的SSG芯材组成。而这些面板由五片硼硅酸盐玻璃板和四片聚合物夹层组成,采用3D交错砖墙加灰泥式排列,模仿天然珍珠母的结构。将两个面板仔细对齐后,SSG芯材通过偶联剂粘附在面板上。
力学模拟分析表明,NSG中仿珍珠母玻璃面板的离面变形,可以进一步增强SSG芯材中的能量耗散。受益于仿珍珠母结构和SSG的协同能量耗散效应,NSG可以在更广泛的冲击速度范围内表现出优异的抗冲击能力。
此外,NSG还具有良好的隔热性能。以珍珠母为灵感的玻璃面板,凭借其独特的砖泥结构,可以有效减少表面热传导。此外,结合SSG芯材导热系数低的特点,明显改善了NSG的隔热性能。
与常用的大块玻璃相比,NSG在透明、轻量化、抗冲击、隔热等方面具有卓越的综合性能,为未来改进透明结构材料开辟了新途径。
2024-03-21
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