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材料科學(xué)家利用納米顆粒讓玻璃強(qiáng)度提高5倍
發(fā)布時(shí)間：2019-09-06瀏覽次數(shù)：1289返回列表
加州大學(xué)洛杉磯分校的機(jī)械工程師和材料科學(xué)家已開發(fā)出一種利用納米顆粒來增強(qiáng)玻璃原子結(jié)構(gòu)的，實(shí)驗(yàn)證明這種產(chǎn)品的強(qiáng)度至少比現(xiàn)有的玻璃強(qiáng)5倍。
通過這種可制備出多種工業(yè)用途玻璃，如可承受高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)部件、工具，建筑用途的門、桌子以及設(shè)計(jì)的玻璃等。目前該研究成果已在線發(fā)表在Advanced Materials期刊上，未來將被納入到印刷版中。作者寫道，利用同樣也可以制造堅(jiān)固的陶瓷，如能承受端高溫的航天器部件。
在材料科學(xué)中，“韌性”是用于衡量材料抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂的能力的一個(gè)數(shù)值。雖然玻璃和陶瓷的韌性可以通過外部處理（如化學(xué)涂層）進(jìn)行增強(qiáng)，但這些方法并改變材料本身易碎的事實(shí)。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員從金屬的原子結(jié)構(gòu)中得到啟發(fā)，認(rèn)為如果能在玻璃種加入這種結(jié)構(gòu)，那么材料就在受到?jīng)_擊時(shí)就有可能發(fā)生破裂。
“結(jié)合玻璃和陶瓷的化學(xué)鍵其實(shí)僵硬，而金屬中的鍵合則具有的靈活性，”加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆利工程學(xué)院研究員Xiaochun Li說?！爱?dāng)沖擊力足夠大時(shí)，玻璃和陶瓷中產(chǎn)生的裂縫會(huì)以大致筆直的路徑快速傳播通過材料。但當(dāng)金屬遭受沖擊時(shí)，由于化學(xué)鍵易變形，因此可作為減震器使得原子能在保持結(jié)構(gòu)的同時(shí)四處移動(dòng)?！?br />
因此研究人員設(shè)想，若能向玻璃中注入碳化硅納米顆粒（類金屬陶瓷），或許材料就能在開裂前吸收多能量。為了有助于確保納米顆粒均勻分散，他們將納米顆粒添加到華氏3000度（約1649攝氏度）的熔融玻璃中。待玻璃凝固后，嵌入的納米顆粒就會(huì)成為潛在裂縫的障礙。當(dāng)斷裂確實(shí)發(fā)生時(shí)，微小的顆粒會(huì)迫使它分支成微小的網(wǎng)絡(luò)狀，不再呈直線通過，使玻璃在開裂之前能從裂縫中吸收多的能量。
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