Plokkklaas on inimeste igapäevaelus hädavajalik konstruktsioonimaterjal, kuna suudab valgust edastades eraldada sise- ja väliskeskkonna. Klaasi soojusisolatsiooniomadused on aga halvad ja löögi korral võib see katastroofiliselt puruneda, mille tulemuseks on piiratud löögikindlus ja energiakulu. Väliste temperatuurimuutuste ja prahi mõjul muutub klaas sageli hoonete, transpordivahendite ja elektroonikaseadmete nõrgimaks komponendiks.
Hiljuti pakkus Hiina Teadus- ja Tehnoloogiaülikooli professori Ni Yongi ja professor He Linghui juhitud uurimisrühm välja biomimeetilise komposiitklaasmaterjali, millel on täiustatud kõikehõlmav rakendusvõime, mis ühendab kestataolise pärlikihi struktuuri ja nihkega kõveneva intelligentse materjali. Sellel komposiitklaasmaterjalil on suurepärane soojusisolatsioon ja löögikindlus, säilitades samal ajal läbipaistvuse. Vastavad uurimistulemused avaldati rahvusvahelises ajakirjas Advanced Materials pealkirja all "Simultaneous Enhancement 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 efekt, mis muudab komposiitklaasi parema löögikindluse suuremal löögikiiruse vahemikus (joonis 2).
Lisaks on biomimeetilisel komposiitklaasil ka hea soojusisolatsioonivõime. Biomimeetilise kesta struktuuri paneel vähendab tasapinnalist soojusjuhtivust spetsiaalse telliskivimördi paigutusstruktuuri kaudu ja töötab koos madala soojusjuhtivusega nihkekõvastuvate materjalidega, et parandada biomimeetilise komposiitklaasi soojusisolatsiooni. Võrreldes laialdaselt kasutatava plokkklaasi, lamineeritud klaasi ja isoleerklaasiga on biomimeetilisel komposiitklaasil eelised laiaulatusliku kasutusomaduse osas, nagu läbipaistvus, kerge kaal, löögikindlus ja soojusisolatsioon (joonis 1c).
Joonis 1
Joonis 2