شیشه بلوک یک ماده ساختاری ضروری در زندگی روزمره افراد است، زیرا می تواند محیط داخلی و خارجی را در حین عبور نور از هم جدا کند. با این حال، عملکرد عایق حرارتی شیشه ضعیف است و در اثر ضربه مستعد شکستگی فاجعهبار است که در نتیجه مقاومت در برابر ضربه و مصرف انرژی محدود میشود. تحت تغییرات دمای خارجی و اثرات آوار، شیشه اغلب ضعیفترین جزء در ساختمانها، وسایل نقلیه حملونقل و دستگاههای الکترونیکی میشود.
اخیراً، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور Ni Yong و پروفسور He Linghui از دانشگاه علم و صنعت چین، یک ماده شیشهای کامپوزیت بیومیمتیک با عملکرد کاربردی جامع بهبود یافته، ترکیبی از ساختار لایهای مانند پوسته مروارید و مواد هوشمند سختکننده برشی، پیشنهاد کردند. این ماده شیشه ای کامپوزیت عایق حرارتی عالی و مقاومت در برابر ضربه را در عین حفظ شفافیت از خود نشان می دهد. نتایج تحقیقات مربوطه در مجله بین المللی Advanced Materials تحت عنوان "افزایش همزمان عایق حرارتی و مقاومت در برابر ضربه در ترکیبات حجیم شفاف" منتشر شد.
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>اثر 2، که باعث می شود شیشه کامپوزیت عملکرد مقاومت در برابر ضربه بهتری را در محدوده بزرگتری از سرعت های ضربه نشان دهد (شکل 2).
علاوه بر این، شیشه کامپوزیت بیومیمتیک نیز عملکرد عایق حرارتی خوبی از خود نشان می دهد. پانل ساختار پوسته بیومیمتیک هدایت حرارتی خارج از صفحه را از طریق ساختار طرح ملات آجری خاص کاهش می دهد و همراه با مواد سخت کننده برشی با رسانایی حرارتی کم برای بهبود عملکرد عایق حرارتی شیشه کامپوزیت بیومیمتیک کار می کند. در مقایسه با شیشههای بلوک پرکاربرد، شیشههای چند لایه و شیشههای عایق، شیشههای کامپوزیت بیومیمتیک مزایایی را در عملکرد کاربردی جامع مانند شفافیت، سبک وزن، مقاومت در برابر ضربه و عایق حرارتی نشان میدهند (شکل 1c).
شکل 1
شکل 2