Blokkglass er et essensielt strukturelt materiale i folks daglige liv, da det kan skille det indre og ytre miljøet samtidig som det overfører lys. Imidlertid er den termiske isolasjonsytelsen til glass dårlig, og det er utsatt for katastrofale brudd under støt, noe som resulterer i begrenset slagfasthet og energiforbruk. Under ytre temperaturendringer og påvirkning av rusk blir glass ofte den svakeste komponenten i bygninger, transportkjøretøyer og elektroniske enheter.
Nylig foreslo et forskerteam ledet av professor Ni Yong og professor He Linghui fra University of Science and Technology i Kina et biomimetisk komposittglassmateriale med forbedret omfattende applikasjonsytelse, som kombinerer en skalllignende perlelagstruktur og skjærherdende intelligent materiale. Dette komposittglassmaterialet viser utmerket termisk isolasjon og slagfasthet samtidig som det opprettholder gjennomsiktighet. De relevante forskningsresultatene ble publisert i det internasjonale tidsskriftet Advanced Materials under tittelen "Simultaneous Enhancement of Thermal Insulation and Impact Resistance in Transparent Bulk Compounds".
The pearl layer in natural shells can dissipate energy through the brick sliding mechanism under quasi-static or low-speed impact loading. However, as the impact speed increases, the improvement in the impact resistance of the shell like structure is limited (Figure 1a). On the contrary, shear hardening materials exhibit strain rate related enhancement effects under impact loading, which can dissipate a large amount of impact kinetic energy under high-speed impact (Figure 1b). On the basis of a deep understanding of the rate related mechanical properties of shell like structures and shear hardening materials, the research team constructed biomimetic composite glass materials. This material combines the advantages of low-speed impact resistance of the shell like structure with the strain rate strengthening performance of the shear hardening material. Mechanical simulation analysis shows that the delocalized deformation of the shell like structure panel can further promote the large-scale damage and energy dissipation of the shear hardening sandwich layer. The synergistic energy dissipation effect of shell like structure and shear hardening material shows a 1+1>2-effekt, som gjør at komposittglasset viser bedre slagmotstand ved et større utvalg av slaghastigheter (Figur 2).
I tillegg viser biomimetisk komposittglass også god varmeisolasjonsytelse. Det biomimetiske skallstrukturpanelet reduserer varmeledning ut av plan gjennom en spesiell mursteinmørtellayoutstruktur, og fungerer sammen med skjærherdende materialer med lav termisk ledningsevne for å forbedre den termiske isolasjonsytelsen til biomimetisk komposittglass. Sammenlignet med det mye brukte blokkglasset, laminert glass og isolerglass, viser biomimetisk komposittglass fordeler i omfattende applikasjonsytelse som gjennomsiktighet, lett vekt, slagfasthet og termisk isolasjon (Figur 1c).
Figur 1
Figur 2