在一項(xiàng)可以為新材料和應(yīng)用鋪平道路的發(fā)現(xiàn)中，倫斯勒理工學(xué)院的材料科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在某些頻率下的振蕩載荷可以使復(fù)合材料的強(qiáng)度提高數(shù)倍，其界面由分子層改變“nanoglue。”

Nature Communications最新發(fā)表的一篇文章報(bào)道了加載頻率對(duì)包含“納米膠”的多層復(fù)合材料的斷裂能量的影響的意外發(fā)現(xiàn)，其使用也是倫斯勒開創(chuàng)的。

納米級(jí)復(fù)合材料在各種應(yīng)用中都很受關(guān)注，包括能源，電子和生物醫(yī)學(xué)。這種復(fù)合材料的性能和可靠性通常由在熱，電和機(jī)械刺激引發(fā)的加載波動(dòng)期間不同材料之間的界面的完整性來控制。

“在動(dòng)態(tài)刺激過程中，在接口處發(fā)掘，理解和操縱納米尺度現(xiàn)象是設(shè)計(jì)具有新應(yīng)用的新材料的關(guān)鍵，”Rensselaer的材料科學(xué)與工程教授John Tod Horton及其主要作者Ganpati Ramanath說。研究。“我們的工作表明，在層狀復(fù)合材料的界面處引入納米膠層可以在某些加載頻率下產(chǎn)生大的機(jī)械韌化。”

Ramanath和他的合作者團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在某些加載頻率下，使納米膠改性聚合物 - 金屬 - 陶瓷復(fù)合材料斷裂所需的能量增加了三倍，并超過了靜載荷斷裂能。這種行為是出乎意料且顯著的，因?yàn)樵谘h(huán)加載期間斷裂能量通常低于在靜態(tài)加載期間的斷裂能量。僅當(dāng)使用納米膠層粘合金屬和陶瓷時(shí)才觀察到這種頻率依賴性增韌。

結(jié)果還表明，雖然納米層是發(fā)生增韌所必需的，但是增強(qiáng)的頻率范圍和程度主要取決于復(fù)合材料中聚合物的機(jī)械性能。具體地，納米膠通過金屬 - 陶瓷界面促進(jìn)載荷傳遞并通過塑性變形消散聚合物中的能量，導(dǎo)致斷裂能增加。

“我們的發(fā)現(xiàn)為使用聚合物和界面納米層的不同組合設(shè)計(jì)具有新穎反應(yīng)的復(fù)合材料開辟了一套全新的可能性。例如，我們可以實(shí)現(xiàn)一種全新的智能復(fù)合材料，可以顯著增強(qiáng)，甚至可能自毀，在某些頻率，“拉馬納斯說。

“我們?cè)谘h(huán)加載過程中納米膠效應(yīng)與復(fù)合材料成分性質(zhì)之間的受益耦合的發(fā)現(xiàn)開啟了可靠性工程的新范例，”共同作者M(jìn)ichael Lane，Emory&Henry College的Billie Sue Hurst化學(xué)教授說。 。“操作耦合實(shí)際上可以使復(fù)合材料在我們傳統(tǒng)上試圖避免的負(fù)載條件下更加堅(jiān)固，因此可以大大擴(kuò)展復(fù)合材料的應(yīng)用范圍并提高其性能。”

這項(xiàng)開創(chuàng)性的工作是來自弗吉尼亞州紐約和法國格勒諾布爾的多個(gè)學(xué)科的研究人員之間合作的成果。因此，它說明了新技術(shù)學(xué)院的國際和跨學(xué)科性質(zhì)，這是倫斯勒研究和教育的指導(dǎo)模式。