211service.com
Vienkāršs triks pārvērš komerciālo polimēru par pasaules izturīgāko šķiedru
Materiālzinātnē stingrība ir enerģijas daudzuma mērs, ko materiāls var absorbēt pirms plīšanas. Piemēram, kevlars var absorbēt apmēram 80 džoulus uz gramu, pirms tas saplīst, bet to mazina daži dabiski materiāli, kas ir daudz izturīgāki. Piemēram, zīds, ko ražo milzīgs upes zirneklis, var absorbēt aptuveni 390 džoulus uz gramu, pirms tas saplīst.
Tāpēc ir liela interese par jaunu materiālu atrašanu, kas var līdzināties vai pārspēt dabisko materiālu veiktspēju lietojumos, kuros nepieciešams augsts enerģijas absorbcijas līmenis.
Šodien Nicola Pugno no Trento universitātes Itālijā atklāj ārkārtīgi vienkāršu triku, kas ievērojami palielina gandrīz jebkura veida šķiedras izturību. Patiešām, Pugno saka, ka viņš ir izmantojis šo tehniku, lai izveidotu pasaulē izturīgāko šķiedru.
Jaunā ideja ir maldinoši vienkārša — tā ietver ne vairāk kā slīdoša mezgla iesiešanu šķiedrā, radot papildu šķiedras cilpu, kas var iziet cauri mezglam, kad tā tiek nospriegota.
Mehānisms ir vienkāršs. Kad šķiedra ir nospriegota, slīdošais mezgls sāk savilkties un papildu materiāls iziet cauri mezglam, izkliedējot enerģiju berzes rezultātā.
Protams, šķiedra galu galā saplīst, bet tikai pēc tam, kad viss cilpas materiāls ir izgājis cauri slīdēšanas mezglam.
Skaidrs, ka tas nepadara materiālu stiprāku (stingrība un izturība ir dažādas īpašības, kas parasti nav savstarpēji saistītas). Tomēr nav grūti saprast, kā enerģijas izkliede ievērojami palielinātu enerģijas daudzumu, ko šķiedra absorbē, pirms tā saplīst, tādējādi palielinot tās izturību.
Pugno saka, ka ir pārbaudījis šo ideju uz vairākiem materiāliem, izmantojot dažādu skaitu cilpu un slīdošo mezglu. Viņš saka, ka vislabākie rezultāti rodas, izmantojot trīs slīdēšanas mezglus.
Izmantojot šo vienkāršo triku komerciālai polimēru šķiedrai, ko sauc par Endumax, viņš ir palielinājis tās izturību no 44 džouliem uz gramu līdz ievērojamiem 1070 džouliem uz gramu. Tā ir augstākā jebkad reģistrētā vērtība. Viņš saka, ka koncepcijas pierādījums ir eksperimentāli realizēts, veidojot pasaulē izturīgāko šķiedru.
Tas ir labāk pat par šķiedrām, kas izgatavotas no nanocaurulēm, kuras materiālu zinātnieki tikai sāk ražot. Spēcīgākā no tām, kas izgatavota no oglekļa nanocaurulēm, ir 970 džouli uz gramu.
Pugno saka, ka viņa darbs ir tikai sākums un ka vajadzētu būt iespējai izmantot viņa slīdēšanas tehniku, lai izgatavotu grafēna šķiedras ar stingrību 100 000 džoulu uz gramu.
Protams, priekšā ir izaicinājumi. Ideālā gadījumā spēkam, kas nepieciešams, lai izvadītu šķiedru cauri mezglam, jābūt tieši zem materiāla lūzuma punkta, un tas ir atkarīgs no tādiem faktoriem kā mezgla topoloģija. Mezgla izvēlei ir būtiska ietekme uz materiāla uzvedību, un turpmākais darbs šeit var radīt jaunus dizainus. Pugno saka, ka pašlaik patentē savu slīdošo mezglu dizainu un tāpēc vēl nav to publicējis.
Šīs idejas potenciālie pielietojumi ir daudz. Stingrākus materiālus acīmredzot varētu izmantot jomās, kur ir svarīga enerģijas absorbcija, piemēram, bruņuvestu ražošanā.
Tā ir efektīva un lēta ideja, kurai ir ievērojams potenciāls. Tas ir arī ārkārtīgi vienkāršs, un tas varētu būt tikai iemesls, kāpēc tas līdz šim tika ignorēts.
Atsauce: arxiv.org/abs/1304.6658 : Kolumba ola pasaules izturīgāko šķiedru izgatavošanai