محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و مهندسی کلمبیا روش جدیدی را برای بهبود دوام مواد کشف کرده‌اند که می‌تواند به نسخه‌های قوی‌تر زره بدن، شیشه زره‌دار و سایر تجهیزات بالستیک منجر شود.
در مطالعه ای که امروز در پارچه نرماین تیم فیلم‌های ساخته شده از ذرات سرامیکی نانومتری تزئین شده با رشته‌های پلیمری (شبیه توپ‌های تار) تولید کردند و آنها را در آزمایش‌های ضربه‌ای مینیاتوری به اهدافی تبدیل کردند که دوام مواد را افزایش داد. آزمایش‌های بیشتر ویژگی منحصربه‌فردی را نشان داد که در مواد معمولی مبتنی بر پلیمر مشترک نیست و به فیلم‌ها اجازه می‌دهد تا انرژی ناشی از شوک‌ها را به سرعت دفع کنند.
ادوین چان، مهندس محقق مواد NIST، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «از آنجایی که این ماده از مفاهیم پخت سنتی که در پلیمرهای کلاسیک می بینید پیروی نمی کند، راه های جدیدی را برای طراحی مواد کاهش دهنده باز می کند.
پلیمرهایی که امروزه بیشتر پلاستیک های پر ضربه را تشکیل می دهند از زنجیره های خطی مولکول های مصنوعی تکراری تشکیل شده اند که یا به طور فیزیکی در هم تنیده شده اند یا پیوندهای شیمیایی با یکدیگر تشکیل می دهند و شبکه بسیار پیچیده ای را تشکیل می دهند. همین اصل در مورد اکثر کامپوزیت های پلیمری که اغلب با مخلوط کردن برخی مواد غیر پلیمری تقویت یا سخت می شوند، صدق می کند. فیلم های مطالعه جدید در این دسته قرار می گیرند، اما طراحی منحصر به فردی دارند.
Sanat Kumar، استاد مهندسی شیمی در دانشگاه کلمبیا و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: "اختلاط پلاستیک با برخی از ذرات جامد مانند تلاش برای مخلوط کردن روغن و آب است. آنها می خواهند جدا شوند." "آگاهی که ما در گروه من ایجاد کردیم این بود: یکی از راه‌های رفع این مشکل، اتصال شیمیایی پلاستیک به ذرات است. انگار از هم متنفرند اما نمی توانند فرار کنند.
این لایه‌ها از کره‌های شیشه‌ای کوچک به نام نانوذرات سیلیکونی ساخته شده‌اند که هر کدام با زنجیره‌ای از پلیمری به نام پلی‌متاکریلات (PMA) پوشیده شده‌اند. برای تولید این نانوذرات پیوندی پلیمری (PGNs)، آزمایشگاه کومار زنجیره‌های PMA را روی سطح منحنی نانوذرات رشد می‌دهد و یک انتهای هر زنجیره را ثابت می‌کند.
زنجیره هایی با وزن مولکولی کمتر یا کمتر PGN توسط زنجیره های مجاور محدود می شوند. عدم تحرک به این معنی است که آنها زیاد با هم تعامل ندارند. اما پلیمرهای با وزن مولکولی بالاتر که فراتر از نانوذرات کروی انتشار می یابند، فضای بیشتری برای حرکت دارند در حالی که با زنجیره های دیگر در هم تنیده می شوند. بین این دو طول یک توده مولکولی میانی وجود دارد که در آن پلیمرها آزادانه حرکت می کنند، اما همچنین طول آن به اندازه کافی برای پیوند وجود ندارد.
این پدیده برای هدف اصلی این ماده مفید بود، که به گازها اجازه می داد به سرعت در آن حرکت کنند. اما چان و دیگران در NIST سعی کرده‌اند دریابند که این ویژگی منحصر به فرد چگونه بر استقامت تأثیر می‌گذارد. محققان با استفاده از آزمایشگاه کومار، نمونه هایی را با وزن های مولکولی متفاوت آزمایش کردند.
کریس سولز، مهندس تحقیقات مواد NIST و یکی از نویسندگان این مقاله می گوید: «ما موهای پلیمری را از ذرات واقعاً کوتاه به حالت بسیار بلند و هیپی رشد دادیم. نانوذرات برش‌شده با قلم مو در هم نمی‌پیچند و می‌توانند با هم بسته‌بندی شوند، اما با طولانی‌تر شدن پلیمرها، فاصله بین نانوذرات بزرگ‌تر می‌شود و زنجیره‌های بین ذرات شروع به در هم پیچیده شدن و تشکیل شبکه می‌کنند.
در NIST، محققان با استفاده از تکنیکی به نام تست ضربه ناشی از لیزر یا LIPIT آتش را بر روی فیلم‌های کامپوزیت PGN با وزن‌های مولکولی متفاوت کشف کردند. این آزمایش‌های ضربه‌ای پرسرعت شامل راندن پرتابه‌های کروی با عرض 10 میکرومتر (حدود 4000 اینچ) در اهداف با سرعت نزدیک به 1 کیلومتر در ثانیه (بیش از 2200 مایل در ساعت) با لیزر بود.
آنها سرعت پرتابه را هنگام عبور و برخورد با تصاویری که با دوربین و نور بارق چشمک زن هر 100 نانوثانیه (میلیاردم ثانیه) گرفته شده بود، تعیین کردند. از آن زمان به بعد، تیم برای محاسبه انرژی لازم برای پاره کردن فیلم، مقداری که مستقیماً با استقامت مرتبط بود، داشت.
نویسندگان این مطالعه دریافتند که فیلم های کامپوزیت PGN به طور کلی قوی تر از PMA به تنهایی هستند. اما چیزی که شاید جالب تر بود این بود که جرم مولکولی متوسط سخت ترین فیلم را ایجاد کرد.
در مواد صرفاً پلیمری، زنجیره های بلندتر تمایل به ایجاد درهم تنیدگی بیشتری دارند. و درهم تنیدگی بیشتر منجر به استحکام بیشتر می شود، تا جایی که مواد کاملاً به هم چسبیده می شوند. با این حال، آزمایش‌های LIPIT نشان داده‌اند که فیلم‌ها می‌توانند با رفتار سنتی پلیمرها مقابله کنند. قوی‌ترین نمونه‌ها برای درهم تنیدگی کامل زنجیره‌هایی به مراتب کوتاه‌تر از طول داشتند، که به این معنی است که درهم‌تنیدگی‌ها تنها عامل دوام نیستند.
سولز و همکارانش مشکوک بودند که دلیل آن کاهش بسته‌بندی بین زنجیره‌ها در توده‌های مولکولی متوسط است، که می‌تواند شرایطی ایجاد کند که پلیمرها بتوانند آزادانه‌تر بچرخند و اصطکاک با زنجیره‌های همسایه ایجاد کنند - راهی بالقوه برای اتلاف انرژی در سطح بالا. . تأثیر.
در تلاش برای تعیین منبع اصلی دوام و آزمایش فرضیه خود، اعضای تیم از تجهیزات مرکز تحقیقات نوترون NIST برای ارزیابی حرکت پلیمرها استفاده کردند.
این آزمایش‌ها تأیید کردند که زنجیره‌های میانی با وزن مولکولی متصل به نانوذرات، توانایی حرکت و سپس رسیدن به حالت آرام را در تنها چند پیکوثانیه (تریلیون‌ها ثانیه) نشان می‌دهند. این حرکات مدار میانی تقویت‌شده انرژی را راحت‌تر از مدارهای PMA کوتاه (بدون درهم‌تنیدگی) یا طولانی (بسیار درهم‌تنیده) تلف می‌کنند. این یافته از شهود تیم پشتیبانی می کند، به خصوص زمانی که همراه با تست های LIPIT باشد.
سولز گفت: «در این جرم مولکولی، جایی که فیلم‌های کامپوزیت PGN بالاترین مقاومت در برابر ضربه را نشان دادند، زنجیره‌های PMA پیوندی بیشترین تحرک و اتلاف انرژی را نشان دادند.
نتایج این مطالعه حاکی از وجود یک نقطه شیرین از نظر طول پلیمرهای تثبیت شده روی سطح منحنی ذرات است که می تواند دوام ماده را افزایش دهد. این یافته ممکن است محدود به PMA نباشد.
چان گفت: «بر اساس این نوع پلت فرم، مفهوم پیوند نانوذرات، می‌توانید با پلیمرهای کلاسیک‌تر مقاوم در برابر ضربه مانند پلی کربنات‌های مورد استفاده در پنجره‌های زره‌دار آزمایش کنید. چیزهای زیادی برای کاوش وجود دارد. ما فقط سطح این مواد را می‌خراشیم.»
نقل قول: محققان با نانوذرات فازی راهی برای طراحی مواد بالستیک قوی‌تر (2021، 13 دسامبر) کشف کردند که در 14 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-fuzzy-nanoparticles- discover-tougher- بازیابی شده است. بالستیک.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- که در مورد همسر در حال اجرا: 72 درصد از دموکرات ها در ایالات متحده آمریکا امروز نظرسنجی می گویند آن را 'مهم' بایدن انتخاب کنید از رنگ
- رنگین کمانی خیره کننده پرندگان با تنظیم نانو مقیاس ساختار پر همراه است
- نسکار بازگشت روباه نمی تواند کاملا عادی
- Bradley McDougald has work to do in Jadeveon Clowney Jets recruitment
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- 'سرمایه گذاران که خود Airbnb خواص به دنبال فوری نقدینگی.' این زمان خوبی برای خرید خانه ؟
- آب و هوای گرم یا نورهای روشن چقدر می تواند بر محوطه سازی درختان تأثیر بگذارد
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- Corales Puntacana Championship a good chance to take long odds
- Why NBA forced Jimmy Butler to change his nameless jersey