萊斯大學的材料科學家表示,軟聚合物的薄殼可以幫助防止多節的陶瓷結構破碎。


用 3D 打印機制成的陶瓷在壓力下會像任何盤子或碗一樣破裂。但是覆蓋在紫外線下固化的軟聚合物上,相同的材料更有可能保持其結構完整性,就像汽車擋風玻璃處理過的玻璃不太可能破碎一樣。


萊斯布朗工程學院的研究發表在《科學進展》雜志上,展示了關于施瓦茨石的概念,這種復雜的晶格幾十年來只作為理論存在,但現在可以用 3D 打印機制造。添加聚合物后,它們變得類似于自然界中發現的結構,如貝殼和骨骼,由生物聚合物基質中的硬化血小板組成。

萊斯大學展示施瓦茨石的概念 可以防止陶瓷結構破碎

對涂有或未涂有薄聚合物的 3D 打印施瓦茨石進行的壓縮測試顯示了聚合物如何防止陶瓷破碎。這些材料可用于需要非常堅固但重量輕的材料的任何地方。


Schwarzites,以德國科學家 Hermann Schwarz 的名字命名,他在 1880 年代假設“負彎曲”結構可用于需要非常堅固但重量輕的材料的任何地方,從電池到骨骼再到建筑物。


由萊斯材料科學家 Pulickel Ajayan 和 Muhammad Rahman 以及研究生和主要作者 Seyed Mohammad Sajadi 領導的研究人員通過實驗和模擬證明,厚度不超過 100 微米的聚合物涂層將使脆弱的施瓦茨石對災難性斷裂的抵抗力提高 4.5 倍.


結構在壓力下可能仍然會破裂,但它們不會分崩離析。

萊斯大學展示施瓦茨石的概念 可以防止陶瓷結構破碎

我們已經清楚地看到未涂層的結構非常脆弱,萊斯大學的研究科學家拉赫曼說,但是當我們將涂層結構置于壓縮之下時,它們會承受載荷直到完全斷裂。有趣的是,即使如此,它們也不會完全碎裂。它們像夾層玻璃一樣保持封閉狀態。


該團隊成員來自匈牙利、加拿大和印度,他們創建了這些結構的計算機模型,并用注入聚合物的陶瓷“墨水”打印出來。陶瓷在打印機中通過紫外線燈快速固化,然后浸入聚合物中并再次固化。


與未涂層的控制單元一起,復雜的塊然后受到高壓。對照 schwarzites 像預期的那樣破碎,但聚合物涂層防止裂縫在其他裂縫中傳播,使結構保持其形狀。


研究人員還將施瓦茨石與涂層固體陶瓷進行了比較,發現多孔結構本質上更堅韌。


建筑肯定有作用,Sajadi 說,我們看到,如果我們涂覆固體結構,聚合物的效果不如施瓦茨石有效。


Ajayan 說,這些涂層有點像它們模仿的天然材料,因為聚合物會注入陶瓷中的缺陷并增強它們的抵抗力。


Rahman 說,聚合物增強陶瓷可以使多種結構應用受益。它們的生物相容性也可能最終使它們適用于假肢。


我很確定,如果我們可以在拓撲上優化這些結構,它們也顯示出用作生物支架的良好前景,拉赫曼說。


免責聲明

我來說幾句

不吐不快,我來說兩句
最新評論

還沒有人評論哦,搶沙發吧~