Materiał, którego nie da się przeciąć, może posłużyć do wytwarzania zamknięć rowerowych, drzwi czy odzieży ochronnej. Jego twórcy wymieszali ceramiczne sfery z aluminiową pianką i w ten sposób stworzyli lekki materiał, nazwany Proteuszem, który opiera się szlifierkom kątowym, wiertarkom i przecinarkom wodnym.

Tyle szlifierka kątowa zdołała przeciąć pręt Proteus. Dr Florian Bittner, Institute of Plastics and Circular Economy IKK, Leibniz University Hannover, Niemcy / Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, Hannover, Niemcy

Twórcy nowego materiału, w tym Stefan Szyniszewski z Durham University, Ewa Jakubczyk z University of Surrey czy Thomas Hipke czy Florian Bittner z Instytutu Fraunhofera informują, że jego gęstość wynosi zaledwie 15% gęstości stali. Wyjątkowa wytrzymałość materiału bierze się z lokalnego rezonansu zachodzącego pomiędzy ceramiką umieszczoną w elastycznej matrycy a narzędziem tnącym, co skutkuje pojawieniem się na ich styku wibracji o wysokiej częstotliwości. Niecałkowita konsolidacja ceramicznych ziaren w procesie produkcyjnym wspomagała fragmentację ceramicznych sfer w pył w czasie cięcia, który utworzył interfejs ścierny o rosnącym oporze. Kontrast pomiędzy fragmentami ceramicznymi a materiałem, w którym są zatopione, skutecznie chroni też przed próbą wykorzystania przecinarek wodnych, gdyż geometria ceramicznych sfer rozprasza strumień wody i zmniejsza jego prędkość o dwa rzędy wielkości. Zmiana paradygmatu z oporu statycznego w dynamiczną interakcje pomiędzy fazami materiału a przyłożoną siłą może zainspirować powstawanie nowatorskich metamorficznych materiałów preprogramowanym mechanizmem, czytamy w opublikowanym artykule.

Skan CT materiału Proteus pokazujący komórkową strukturę aluminium owiniętą wokół kulek ceramicznych. Próby cięcia szlifierką kątową pojawiają się po lewej stronie. Dr Florian Bittner, Institute of Plastics and Circular Economy IKK, Leibniz University Hannover, Niemcy / Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, Hannover, Niemcy

Innymi słowy, umieszczone w elastycznym bardziej miękkim materiale ceramiczne sfery wpadają w rezonans podczas prób przecinania. Im większa siła ze strony narzędzia przecinającego, tym silniejsza reakcja przecinanego materiału. W wyniku tego rezonansu na narzędzie przecinające wywierane są niszczące je siły, które szybko powodują stępienie tarczy szlifierki czy wiertła. Wibracje te powodują, że siła i energia narzędzia tnącego jest zwracana przeciwko niemu samemu. Jakby tego było mało, podczas prób cięcia ceramiczne sfery są rozbijane na pył, który wypełnia strukturę ciętego materiału i dodatkowo go uodparnia na działanie narzędzia tnącego. Im szybciej pracuje narzędzie tnące, tym szybciej przebiega proces jego niszczenia.

Inspiracją do stworzenia Proteusza były skórka grejpfruta i muszla małża. Byliśmy zaintrygowani tym, jak struktura komórkowa grejpfruta i dachówkowata struktura muszli małża chronią owoc i mięczaka znajdującego się w wewnątrz. Zapewniają bardzo dobrą ochronę, mimo że są zbudowane z dość słabych struktur organicznych, mówi główny autor badań, doktor Stefan Szyniszewski.

Ceramika zatopiona w elastycznym materiale wykonana jest z bardzo małych ziaren, które usztywniają się i opierają szlifierkom kątowym i wiertłom w taki sam sposób, jak worek z piaskiem opiera się szybko lecącemu pociskowi, dodaje uczony.

 

ŹródłoNew Scientist, https://newatlas.com/materials/proteus-non-cuttable-bike-lock-armor/
5 1 vote
Article Rating