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在动态加载过程中Nanoglue可以使复合材料更加坚韧几倍

发布时间:2019-01-28 09:54:02 来源:

在一项可以为新材料和应用铺平道路的发现中,伦斯勒理工学院的材料科学家发现,在某些频率下的振荡载荷可以使复合材料的强度提高数倍,其界面由分子层改变“nanoglue。”

Nature Communications最新发表的一篇文章报道了加载频率对包含“纳米胶”的多层复合材料的断裂能量的影响的意外发现,其使用也是伦斯勒开创的。

纳米级复合材料在各种应用中都很受关注,包括能源,电子和生物医学。这种复合材料的性能和可靠性通常由在热,电和机械刺激引发的加载波动期间不同材料之间的界面的完整性来控制。

“在动态刺激过程中,在接口处发掘,理解和操纵纳米尺度现象是设计具有新应用的新材料的关键,”Rensselaer的材料科学与工程教授John Tod Horton及其主要作者Ganpati Ramanath说。研究。“我们的工作表明,在层状复合材料的界面处引入纳米胶层可以在某些加载频率下产生大的机械韧化。”

Ramanath和他的合作者团队发现,在某些加载频率下,使纳米胶改性聚合物 - 金属 - 陶瓷复合材料断裂所需的能量增加了三倍,并超过了静载荷断裂能。这种行为是出乎意料且显着的,因为在循环加载期间断裂能量通常低于在静态加载期间的断裂能量。仅当使用纳米胶层粘合金属和陶瓷时才观察到这种频率依赖性增韧。

结果还表明,虽然纳米层是发生增韧所必需的,但是增强的频率范围和程度主要取决于复合材料中聚合物的机械性能。具体地,纳米胶通过金属 - 陶瓷界面促进载荷传递并通过塑性变形消散聚合物中的能量,导致断裂能增加。

“我们的发现为使用聚合物和界面纳米层的不同组合设计具有新颖反应的复合材料开辟了一套全新的可能性。例如,我们可以实现一种全新的智能复合材料,可以显着增强,甚至可能自毁,在某些频率,“拉马纳斯说。

“我们在循环加载过程中纳米胶效应与复合材料成分性质之间的受益耦合的发现开启了可靠性工程的新范例,”共同作者Michael Lane,Emory&Henry College的Billie Sue Hurst化学教授说。 。“操作耦合实际上可以使复合材料在我们传统上试图避免的负载条件下更加坚固,因此可以大大扩展复合材料的应用范围并提高其性能。”

这项开创性的工作是来自弗吉尼亚州纽约和法国格勒诺布尔的多个学科的研究人员之间合作的成果。因此,它说明了新技术学院的国际和跨学科性质,这是伦斯勒研究和教育的指导模式。

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