伦斯勒理工学院的材料科学家们发现,在特定频率的振荡载荷作用下,具有界面的复合材料的强度可以提高数倍,而界面是由一层"纳米胶"修饰的。这一发现为新材料和应用铺平了道路

一种可以使复合材料在动态加载时更坚韧数倍的纳米胶水-复合材料网

一种可以使复合材料在动态加载时更坚韧数倍的纳米胶水

一篇新发表在《自然通讯》杂志上的文章报道了一个意想不到的发现,即加载频率对多层复合材料的断裂能量有影响,这种复合材料中含有一种"纳米胶",伦斯勒也率先使用了这种胶。

伦斯勒材料科学与工程学院的教授兼这项研究的主要作者 Ganpati Ramanath 说:"在动态刺激的过程中,在界面上发现、理解和操纵纳米尺度现象是设计具有新颖应用反应的新材料的关键。"。 "我们的研究表明,在层状复合材料的界面上引入纳米粘合层可以导致在某些加载频率下产生较大的机械增韧。"

Ramanath 和他的合作者团队发现,在一定的加载频率下,使纳米胶水修饰的聚合物-金属-陶瓷复合材料断裂所需的能量增加了三倍,并且超过了静态加载断裂能。 这种行为是意想不到的,而且意义重大,因为断裂能通常在循环加载时比在静态加载时更低。 这种频率相关的增韧只有当纳米胶层被用来结合金属和陶瓷时才被观察到。

结果还表明,复合材料中聚合物的力学性能决定了复合材料的增韧频率范围和增韧程度。 具体来说,纳米胶促进了金属-陶瓷界面的载荷传递,并通过塑性变形使聚合物中的能量耗散,从而导致断裂能的增加。

"我们的发现为使用聚合物和界面纳米膜的不同组合来设计具有新反应的复合材料提供了全新的可能性。 例如,我们可以实现一种全新的智能复合材料,它可以在某些频率下显著增韧甚至自毁。

"我们的研究发现,受益者在纳米胶水效应和复合材料中一种成分的特性之间的联合,在周期性负载中打开了一个新的范例,"合著者 Michael Lane 说,他是 Emory & Henry 学院的 Billie Sue Hurst 化学教授。 "操纵耦合实际上可以使复合材料在我们传统上试图避免的加载条件下更加稳健,因此可以极大地扩大复合材料的应用范围并提高其性能。"

这项突破性的工作是来自弗吉尼亚州纽约和格勒诺布尔的多学科研究人员合作的产物。 因此,它说明了新理工学院的国际性和跨学科性,是伦斯勒研究和教育的指导模式。