A tömbüveg elengedhetetlen szerkezeti anyag az emberek mindennapi életében, hiszen fényáteresztés közben képes elválasztani a belső és a külső környezetet. Az üveg hőszigetelő képessége azonban gyenge, és ütés hatására katasztrofálisan eltörik, ami korlátozott ütésállóságot és energiafogyasztást eredményez. A külső hőmérséklet-változások és a törmelékhatások hatására az üveg gyakran a leggyengébb alkatrésze az épületekben, a szállítójárművekben és az elektronikai eszközökben.
A közelmúltban a Ni Yong professzor és He Linghui professzor vezette kutatócsoport a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetemről olyan biomimetikus kompozit üveganyagot javasolt, amely javított átfogó alkalmazási teljesítménnyel rendelkezik, amely a héjszerű gyöngyréteg szerkezetét és a nyírásra keményedő intelligens anyagot kombinálja. Ez a kompozit üveganyag kiváló hőszigetelést és ütésállóságot mutat, miközben megőrzi az átlátszóságot. A vonatkozó kutatási eredmények az Advanced Materials nemzetközi folyóiratban jelentek meg "Simultaneous Enhancement of Thermal Insulation and Impact Resistance in Transparent Bulk Compounds" címmel.
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 hatás, aminek köszönhetően a kompozit üveg nagyobb ütési sebességtartományban jobb ütésállóságot mutat (2. ábra).
Ezenkívül a biomimetikus kompozit üveg jó hőszigetelő tulajdonságokkal rendelkezik. A biomimetikus héjszerkezetű panel csökkenti a síkon kívüli hővezetést egy speciális téglahabarcs elrendezésű szerkezeten keresztül, és alacsony hővezetőképességű nyíró keményítő anyagokkal együttműködve javítja a biomimetikus kompozit üveg hőszigetelési teljesítményét. A széles körben használt tömbüvegekkel, laminált üvegekkel és szigetelőüvegekkel összehasonlítva a biomimetikus kompozit üveg előnyöket mutat az átfogó alkalmazási teljesítmény tekintetében, mint például az átlátszóság, a könnyű súly, az ütésállóság és a hőszigetelés (1c. ábra).
1.ábra
2. ábra