研究人員為陶瓷等材質開發出一種聚合物軟殼以防止其破碎
陶瓷在電子產品和其他設備中正變得越來越普遍。任何曾經摔過陶瓷板的人都知道,雖然這種材料可以經受住熱度,而且經久耐用,但當它碰到堅硬的物體表面時往往會碎裂。萊斯大學的研究人員已經開發出一種新的塗層,以幫助用3D打印機製造的陶瓷表面在遇到衝擊時繼續存活而不破碎。
研究小組發現,在陶瓷上塗上一層軟殼,就可以使它們不太可能破碎。覆蓋在陶瓷上的軟性聚合物層在紫外線下被固化。研究人員將陶瓷的塗層過程比作用於處理汽車飛機擋風玻璃的過程,使其更不容易碎裂。
該團隊通過實驗和模擬證明,厚度不超過100微米的聚合物塗層可以使脆弱的雪花石的抗斷裂能力提高4.5倍,華晶石擁有復雜的晶格,可以用3D打印機來打造物品。當這些材料被塗上聚合物時,它們就會與自然界中的結構相似,如貝殼和骨骼,它們在生物聚合物的基質中具有硬化的組織。
跌落測試
擠壓測試
研究人員指出,在塗有聚合物塗層的情況下,這些結構仍然可能在壓力下開裂,但它們不會散開。相對而言,沒有塗層的結構會破裂。研究人員說,雖然他們的塗層結構會完全斷裂,但他們不會像夾層玻璃那樣斷成碎片,而是保持封閉。
在研究過程中,該團隊還將有塗層的雪花石與有塗層的固體陶瓷進行了比較,發現多孔結構在本質上更加堅硬,聚合物可以在陶瓷中註入缺陷,增強整體的抵抗力。