Stiklo blokas yra esminė konstrukcinė medžiaga kasdieniame žmonių gyvenime, nes praleidžia šviesą, gali atskirti vidinę ir išorinę aplinką. Tačiau stiklo šilumos izoliacijos savybės yra prastos, o smūgio metu jis gali katastrofiškai lūžti, todėl atsparumas smūgiams ir energijos suvartojimas yra ribotas. Dėl išorės temperatūros pokyčių ir šiukšlių poveikio stiklas dažnai tampa silpniausia pastatų, transporto priemonių ir elektroninių prietaisų dalimi.
Neseniai mokslininkų grupė, vadovaujama profesoriaus Ni Yong ir profesoriaus He Linghui iš Kinijos mokslo ir technologijų universiteto, pasiūlė biomimetinę kompozitinę stiklo medžiagą, kuri pagerino visapusišką pritaikymą, derinant apvalkalo tipo perlų sluoksnio struktūrą ir šlyties kietėjimo išmaniąją medžiagą. Ši kompozicinė stiklo medžiaga pasižymi puikia šilumos izoliacija ir atsparumu smūgiams, kartu išlaikant skaidrumą. Atitinkami tyrimų rezultatai buvo paskelbti tarptautiniame žurnale Advanced Materials pavadinimu „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 efektas, dėl kurio kompozitinis stiklas pasižymi geresniu atsparumu smūgiams esant didesniam smūgio greičių diapazonui (2 pav.).
Be to, biomimetinis kompozitinis stiklas taip pat pasižymi geromis šilumos izoliacijos savybėmis. Biomimetinės apvalkalo konstrukcijos plokštė sumažina šilumos laidumą už plokštumos per specialią plytų skiedinio išdėstymo struktūrą ir veikia kartu su mažo šilumos laidumo šlyties kietėjimo medžiagomis, kad pagerintų biomimetinio kompozitinio stiklo šilumos izoliacijos savybes. Palyginti su plačiai naudojamu blokiniu stiklu, laminuotu stiklu ir izoliaciniu stiklu, biomimetinis kompozitinis stiklas pasižymi visapusiško naudojimo pranašumais, tokiais kaip skaidrumas, lengvas, atsparumas smūgiams ir šilumos izoliacija (1c pav.).
figūra 1
2 pav