Szkło blokowe jest niezbędnym materiałem konstrukcyjnym w codziennym życiu ludzi, ponieważ może oddzielić środowisko wewnętrzne od zewnętrznego, jednocześnie przepuszczając światło. Jednakże właściwości termoizolacyjne szkła są słabe i jest ono podatne na katastrofalne w skutkach pękanie pod wpływem uderzenia, co skutkuje ograniczoną odpornością na uderzenia i zużyciem energii. Pod wpływem zewnętrznych zmian temperatury i uderzenia gruzu szkło często staje się najsłabszym elementem budynków, pojazdów transportowych i urządzeń elektronicznych.
Niedawno zespół badawczy kierowany przez profesora Ni Yonga i profesora He Linghui z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii zaproponował biomimetyczny kompozytowy materiał szklany o ulepszonych wszechstronnych możliwościach zastosowania, łączący strukturę warstwy przypominającej muszlę perłową i inteligentny materiał utwardzający się przy ścinaniu. Ten kompozytowy materiał szklany charakteryzuje się doskonałą izolacją termiczną i odpornością na uderzenia, zachowując jednocześnie przezroczystość. Odpowiednie wyniki badań opublikowano w międzynarodowym czasopiśmie Advanced Materials pod tytułem „Simultaneous Enhance 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, który sprawia, że szkło zespolone wykazuje lepszą odporność na uderzenia w większym zakresie prędkości uderzenia (rys. 2).
Ponadto biomimetyczne szkło kompozytowe wykazuje również dobre właściwości termoizolacyjne. Panel o strukturze biomimetycznej powłoki zmniejsza niepłaskie przewodzenie ciepła poprzez specjalną strukturę układu zaprawy ceglanej i współpracuje z materiałami utwardzanymi przy ścinaniu o niskiej przewodności cieplnej, aby poprawić właściwości termoizolacyjne biomimetycznego szkła kompozytowego. W porównaniu z powszechnie stosowanym szkłem blokowym, szkłem laminowanym i szkłem izolacyjnym, biomimetyczne szkło kompozytowe wykazuje zalety w zakresie wszechstronnych zastosowań, takich jak przezroczystość, lekkość, odporność na uderzenia i izolacja termiczna (rysunek 1c).
Rysunek 1
Rysunek 2