Blokové sklo je základným konštrukčným materiálom v každodennom živote ľudí, pretože dokáže oddeliť vnútorné a vonkajšie prostredie a zároveň prepúšťa svetlo. Tepelnoizolačné vlastnosti skla sú však slabé a je náchylné na katastrofické rozbitie pri náraze, čo má za následok obmedzenú odolnosť proti nárazu a spotrebu energie. Pri vonkajších zmenách teplôt a nárazoch úlomkov sa sklo často stáva najslabším komponentom v budovách, dopravných prostriedkoch a elektronických zariadeniach.
Nedávno výskumný tím vedený profesorom Ni Yongom a profesorom He Linghui z Čínskej univerzity vedy a technológie navrhol biomimetický kompozitný sklenený materiál so zlepšeným komplexným aplikačným výkonom, ktorý kombinuje štruktúru perlovej vrstvy a inteligentný materiál vytvrdzujúci šmyk. Tento kompozitný sklenený materiál vykazuje vynikajúcu tepelnú izoláciu a odolnosť proti nárazu pri zachovaní priehľadnosti. Príslušné výsledky výskumu boli publikované v medzinárodnom časopise Advanced Materials pod názvom „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, vďaka čomu kompozitné sklo vykazuje lepšiu odolnosť proti nárazu pri väčšom rozsahu nárazových rýchlostí (obrázok 2).
Okrem toho, biomimetické kompozitné sklo tiež vykazuje dobré tepelnoizolačné vlastnosti. Panel so štruktúrou biomimetického plášťa znižuje vodivosť tepla mimo rovinu prostredníctvom špeciálnej štruktúry rozloženia tehlovej malty a spolupracuje s materiálmi s nízkou tepelnou vodivosťou v šmyku na zlepšenie tepelnoizolačného výkonu biomimetického kompozitného skla. V porovnaní so široko používaným blokovým sklom, vrstveným sklom a izolačným sklom vykazuje biomimetické kompozitné sklo výhody v komplexnom aplikačnom výkone, ako je priehľadnosť, nízka hmotnosť, odolnosť proti nárazu a tepelná izolácia (obrázok 1c).
postava 1
Obrázok 2