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材料科学家利用纳米颗粒让玻璃强度提高5倍
http://xoopsturkiye.com 2019-08-09 15:40:32 粉体圈
地板网】讯

  加州大学洛杉矶分校的机械工程师和材料科学家已开发出一种利用纳米颗粒来增强玻璃原子结构的工艺,实验证明这种产品的强度至少比现有的任何玻璃强5倍。

  通过这种工艺可制备出多种工业用途玻璃,如可承受高温的发动机部件、工具,建筑用途的门、桌子以及特殊设计的玻璃等。目前该研究成果已在线发表在Advanced Materials期刊上,未来将被纳入到印刷版中。作者写道,利用同样工艺也可以制造更坚固的陶瓷,如能承受极端高温的航天器部件。

  在材料科学中,“韧性”是用于衡量材料抵抗裂纹扩展断裂的能力的一个数值。虽然玻璃和陶瓷的韧性可以通过外部处理(如化学涂层)进行增强,但这些方法并没有改变材料本身易碎的事实。加州大学洛杉矶分校的研究人员从金属的原子结构中得到启发,认为如果能在玻璃种加入这种结构,那么材料就在受到冲击时就有可能不会发生破裂。

  破碎的玻璃

  “结合玻璃和陶瓷的化学键其实非常僵硬,而金属中的键合则具有一定的灵活性,”加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院研究员Xiaochun Li说。“当冲击力足够大时,玻璃和陶瓷中产生的裂缝会以大致笔直的路径快速传播通过材料。但当金属遭受冲击时,由于化学键极易变形,因此可作为减震器使得原子能在保持结构的同时四处移动。”

  因此研究人员设想,若能向玻璃中注入碳化硅纳米颗粒(类金属陶瓷),或许材料就能在开裂前吸收更多能量。为了有助于确保纳米颗粒均匀分散,他们将纳米颗粒添加到华氏3000度(约1649摄氏度)的熔融玻璃中。待玻璃凝固后,嵌入的纳米颗粒就会成为潜在裂缝的障碍。当断裂确实发生时,微小的颗粒会迫使它分支成微小的网络状,不再呈直线通过,使玻璃在开裂之前能从裂缝中吸收更多的能量。

  目前加州大学洛杉矶分校团队在实验中开发出的玻璃块呈微乳白色,不够透明,但李认为这个工艺也适合创造透明玻璃。该研究的其他作者是李氏科学实验室的访问学者Qiang-Guo Jiang;于2018年获得加州大学洛杉矶分校的博士学位的Chezheng Cao和Ting-Chiang Lin;广东工业大学工程学教授Shanghua Wu。

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