在動態加載過程中 Nanoglue可以使復合材料更加堅韌幾倍

在一項可以為新材料和應用鋪平道路的發現中，倫斯勒理工學院的材料科學家發現，某些頻率下的振蕩載荷可以使復合材料的強度提高幾倍，其界面由分子層修飾“nanoglue。”

Nature Communications最新發表的一篇文章報道了加載頻率對涉及“納米膠”的多層復合材料的斷裂能量的影響的意外發現，其使用也是在倫斯勒開創的。

納米級復合材料在各種應用中都很受關注，包括能源，電子和生物醫學。這種復合材料的性能和可靠性通常由在熱，電和機械刺激引發的加載波動期間不同材料之間的界面的完整性來控制。

“在動態刺激過程中，在接口處發掘，理解和操縱納米尺度現象是設計具有新應用的新材料的關鍵，”Rensselaer的材料科學與工程教授John Tod Horton及其主要作者Ganpati Ramanath說。研究。“我們的工作表明，在層狀復合材料的界面處引入納米膠層會導致在某些加載頻率下產生大的機械增韌。”

Ramanath和他的合作者團隊發現，在某些加載頻率下，使納米膠改性聚合物 - 金屬 - 陶瓷復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，因為在循環加載期間斷裂能量通常低于靜態加載期間的斷裂能量。僅當使用納米膠層粘合金屬和陶瓷時才觀察到這種頻率依賴性增韌。

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

“我們的發現為使用聚合物和界面納米層的不同組合設計具有新穎反應的復合材料開辟了一套全新的可能性。例如，我們可以實現一種全新的智能復合材料，它可以顯著增強，甚至可能自毀，在某些頻率，“拉馬納斯說。

“我們在循環加載過程中納米膠效應與復合材料成分性質之間的受益耦合的發現開啟了可靠性工程的新范例，”共同作者Michael Lane，Emory&Henry College的Billie Sue Hurst化學教授說。 。“操作耦合實際上可以使復合材料在我們傳統上試圖避免的負載條件下更加堅固，因此可以大大擴展復合材料的應用范圍并提高其性能。”

這項開創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學科的研究人員之間合作的成果。因此，它說明了新技術學院的國際和跨學科性質，這是倫斯勒研究和教育的指導模式。