Аэрогели обладают желаемыми характеристиками, такими как легкий вес, полупрозрачность и способность выдерживать высокие нагрузки. Предоставлено: Университет Гонконга.
Аэрогели — легкие материалы с обширными микропорами, которые можно использовать в теплоизоляции, энергетических устройствах, аэрокосмических конструкциях, а также в новых технологиях гибкой электроники. Однако традиционные аэрогели на основе керамики склонны к хрупкости, что ограничивает их применение в несущих конструкциях. Из-за ограничений, налагаемых их строительными блоками, недавно разработанные классы полимерных аэрогелей могут достичь высокой механической прочности только за счет снижения их структурной пористости или легкости.
Исследовательская группа под руководством доктора Лижи Сюй и доктора Юань Линь из отдела машиностроения инженерного факультета Университета Гонконга (HKU) разработала новый тип полимерных аэрогелевых материалов с широкими возможностями применения для различных целей. функциональные устройства.
В этом исследовании, опубликованном в Связь с природой, новый тип аэрогеля был успешно создан с использованием самособирающейся сети нановолокон с участием арамидов или кевлара, полимерного материала, используемого в пуленепробиваемых жилетах и шлемах. Вместо использования кевларовых волокон миллиметрового размера исследовательская группа использовала метод обработки раствором для диспергирования арамидов в наноразмерные фибриллы.
Взаимодействия между нановолокнами и поливиниловым спиртом, другим мягким и «клейким» полимером, привели к образованию трехмерной фибриллярной сети с высокой узловой связностью и прочной связью между нановолокнами. «Это похоже на микроскопическую трехмерную сеть ферм, и нам удалось прочно сварить фермы вместе, в результате чего получился очень прочный и жесткий материал, который может выдерживать значительные механические нагрузки, превосходя другие материалы из аэрогеля», — сказал доктор Сюй.
-
Схема процесса сборки композитных нановолоконных аэрогелей. Предоставлено: Университет Гонконга.
-
Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывающее микроструктуру материалов аэрогеля. Предоставлено: Университет Гонконга.
-
Композитные аэрогели из нановолокон обеспечивают как высокую ударную вязкость, так и модуль упругости при растяжении по сравнению с другими полимерными аэрогелями. Предоставлено: Университет Гонконга.
Команда также использовала теоретическое моделирование, чтобы объяснить выдающиеся механические характеристики разработанных аэрогелей. «Мы построили множество трехмерных сетевых моделей на компьютере, которые отразили основные характеристики нанофибриллярных аэрогелей», — сказал доктор Лин, руководивший теоретическим моделированием исследования.
«Узловая механика фибриллярных сетей имеет важное значение для их общего механического поведения. Наше моделирование показало, что узловая связность и прочность связи между волокнами на много порядков влияют на механическую прочность сети даже при том же твердом содержании», — говорится в исследовании. Доктор Лин.
«Результаты очень интересны. Мы не только разработали новый тип полимерных аэрогелей с превосходными механическими свойствами, но также дали представление о дизайне различных нановолокнистых материалов», — сказал д-р Сюй, добавив: «Простые процессы изготовления этих аэрогелей также позволяют использовать их в различных функциональных устройствах, таких как носимая электроника, тепловые стелсы, фильтрационные мембраны и другие системы»,
Аэрогель из твердого углеродного нановолокна становится сверхэластичным
Хуимин Хе и др., Сверхпрочные и многофункциональные аэрогели с гиперсоединительной сетью композитных полимерных нановолокон, Связь с природой (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31957-2
Предоставлено Университетом Гонконга
Цитата: Исследователи разрабатывают сверхпрочные аэрогели с материалами, используемыми в пуленепробиваемых жилетах (2022 г., 29 сентября), получено 29 сентября 2022 г. с https://phys.org/news/2022-09-ultra-strong-aerogels-materials-bullet- доказательство-жилеты.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
