新型材料兼具強度、剛性和聲音阻尼特性
橡膠板和發泡材質等減震消音材質往往又厚又大又軟。 然而,有一種新型材料卻不同,它既能吸收振動,又能保持堅硬和輕薄。通常情況下,如果要建造一個既堅固耐用又能吸收振動的結構,就必須將承重剛性材料與較軟的物質結合。 另一種方法是在結構上安裝機械減震器。無論哪種情況,成品都會比僅使用剛性材料的產品更重、更笨重、更昂貴。 這就是新型複合材料的用武之地。
一種玻璃基材料(重量與普通玻璃相同)的樣品被投擲到地面上進行測試
這種材料由蘇黎世聯邦理工學院研究機構的Ioanna Tsimouri、Andrei Gusev 和Walter Caseri 開發,它由超薄的剛性材料疊層和更薄的彈性聚合物層連接而成。 更具體地說,最初的原型由0.2 至0.3 毫米厚的玻璃板和幾百奈米厚的PDMS(聚二甲基矽氧烷)矽膠層組成。
這一比例非常重要,因為電腦模型顯示,為了達到理想的性能,複合材料中至少要有99% 的硬質材料(以體積計算)和小於1% 的聚合物。領導這項研究的Tsimouri 說:「如果聚合物層太薄,阻尼效果就很小。如果太厚,材料就不夠堅硬」。
這種材料的樣品經受住了標準的三點彎曲強度測試,同時在-125 ºC(-193 ºF)的溫度下也表現出卓越的阻尼性能。
在展示這種複合材料特性的過程中(可在下面的影片中看到),將這種材料的薄片和標準玻璃片從25 公分(9.8 英吋)的高度掉落到桌面上。 玻璃反彈到空中,發出巨大的喀喀聲,而複合材料沒有反彈,發出的聲音很低沉。
這項技術進一步開發後,其不同版本就可以應用於窗戶、機器外殼、汽車零件甚至航空航太零件等領域。 此外,由於少量的PDMS 在熔化後會分解成玻璃,因此目前基於玻璃的複合材料可以完全回收。
有關這項研究的論文最近發表在Composites Part B: Engineering雜誌上。