Istraživački tim koji predvode prof. Ni Iong i prof. He Linghui sa Univerziteta nauke i tehnologije Kine (USTC) Kineske akademije nauka (CAS) razvio je novo kompozitno staklo koje kombinuje strukturu inspirisanu sedefom i ukrućenje na smicanje gel (SSG) materijal, koji održava transparentnost dok pokazuje odličnu toplotnu izolaciju i otpornost na udar. Njihov rad je objavljen u časopisu Napredni materijali.
Staklo u rasutom stanju služi kao nezamjenjiv konstrukcijski materijal u svakodnevnom životu ljudi. Međutim, staklo ima lošu toplotnu izolaciju i podložno je lomljenju pri udaru, što ga čini najslabijom komponentom u većini zgrada i transportnih vozila. Postoji hitna potreba za razvojem novih kompozitnih providnih materijala sa sveobuhvatnim performansama.
Da bi razvio novo kompozitno staklo, tim je proučavao strukturu inspirisanu sedefom i reološka svojstva materijala koji učvršćuju smicanje. Prirodni sedef može da rasipa energiju kroz mehanizam za klizanje tableta pod kvazistatičkim ili malim udarnim opterećenjem.
Međutim, otpornost na udar strukture inspirisane sedefom brzo se smanjuje sa povećanjem brzine udara. Nasuprot tome, SSG pokazuje efekte poboljšanja zavisne od brzine deformacije pod udarnim opterećenjem, omogućavajući im da rasipaju veliku količinu mehaničke energije pri velikim brzinama udara.
Da bi kombinovao prednosti struktura inspirisanih sedefom i materijala koji učvršćuju smicanje, tim je konstruisao biomimetičko kompozitno staklo koristeći SSG. SSG staklo inspirisano sedefom (NSG) sačinjeno je od dve prednje strane od stakla inspirisanog sedefom od 1,4 mm i SSG jezgra debljine 3,0 mm.
Prednje strane se sastoje od pet listova borosilikatnog stakla i četiri polimerna međusloja u 3D raspoređenom rasporedu od cigle i maltera, oponašajući strukturu prirodnog sedefa. Nakon pažljivog poravnanja dve prednje strane, SSG jezgro se zalepilo za prednje strane uz pomoć sredstva za spajanje.
Analiza mehaničke simulacije otkrila je da deformacija staklenih panela inspirisanih sedefom u NSG-u izvan ravni može dodatno poboljšati disipaciju energije u SSG jezgru. Sinergistički efekat disipacije energije strukture inspirisane sedefom i SSG omogućava NSG-u da pokaže superiornu otpornost na udar u širem opsegu brzina udara.
Štaviše, NSG pokazuje izuzetnu toplotnu izolaciju. Staklena ploča inspirisana sedefom, sa svojim jedinstvenim rasporedom od cigle i maltera, efikasno smanjuje provodljivost površinske toplote. U kombinaciji sa niskom toplotnom provodljivošću SSG jezgra, performanse toplotne izolacije NSG su značajno poboljšane.
U poređenju sa uobičajeno korišćenim staklom na veliko, NSG nudi superiorne sveobuhvatne performanse u transparentnosti, laganoj težini, otpornosti na udarce i toplotnoj izolaciji, utirući novi put za buduće poboljšanje providnih strukturalnih materijala.
