Blokglas er et væsentligt strukturelt materiale i menneskers dagligdag, da det kan adskille det indre og ydre miljø, mens det transmitterer lys. Glasets varmeisoleringsevne er dog dårlig, og det er tilbøjeligt til at gå i stykker under påvirkning, hvilket resulterer i begrænset slagfasthed og energiforbrug. Under eksterne temperaturændringer og affaldspåvirkninger bliver glas ofte den svageste komponent i bygninger, transportkøretøjer og elektroniske enheder.
For nylig foreslog et forskerhold ledet af professor Ni Yong og professor He Linghui fra University of Science and Technology i Kina et biomimetisk kompositglasmateriale med forbedret omfattende applikationsydelse, der kombinerer en skallignende perlelagsstruktur og forskydningshærdende intelligent materiale. Dette kompositglasmateriale udviser fremragende termisk isolering og slagfasthed, samtidig med at det bevarer gennemsigtigheden. De relevante forskningsresultater blev offentliggjort i det internationale tidsskrift Advanced Materials under titlen "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, hvilket får det sammensatte glas til at udvise bedre slagfasthed ved et større område af slaghastigheder (figur 2).
Derudover udviser biomimetisk kompositglas også god termisk isoleringsevne. Det biomimetiske skalstrukturpanel reducerer varmeledning ud af planet gennem en speciel murstensmørtellayoutstruktur og arbejder sammen med forskydningshærdende materialer med lav termisk ledningsevne for at forbedre den termiske isoleringsevne af biomimetisk kompositglas. Sammenlignet med det udbredte blokglas, lamineret glas og isoleringsglas viser biomimetisk kompositglas fordele i omfattende applikationsydelse såsom gennemsigtighed, letvægt, slagfasthed og termisk isolering (Figur 1c).
figur 1
Figur 2