理论微管可以激发超硬聚合物

休斯顿-(2019年11月13日)-一种充满孔的轻质材料几乎与钻石一样硬。高速子弹留下的仅有的凹痕证明了这一点。

赖斯大学布朗工程学院的研究人员及其同事正在测试基于微管的聚合物，这种微管的交联碳纳米管的理论结构预计具有非凡的强度。

赖斯(Rice)材料科学家Pulickel Ajayan实验室发现，微管可以被模拟为放大的3D打印聚合物块，事实证明，这种块比不带孔的相同材料更能偏转弹丸。这些块还高度可压缩而不破裂。

如Small所详述，这一发现可能导致具有可调机械性能的任何尺寸的印刷结构。

德克萨斯大学达拉斯分校的化学家雷·鲍曼(Ray Baughman)和巴西坎皮纳斯州立大学的物理学家道格拉斯·加尔文(DouglasGalvão)都是该新论文的共同主要研究者，于1993年预测了小管烷。小管本身尚未制造，但它们的聚合物表亲可能是下一个最好的选择。

赖斯大学的研究生和主要作者塞耶德·穆罕默德·萨亚迪(Seyed Mohammad Sajadi)及其同事对各种微晶石块进行了计算机模拟，将设计打印为大分子聚合物，并使其经受压碎力和加速子弹的作用。事实证明，最好的方法在阻止子弹上比同一种材料的固体块好十倍。

赖斯小组以每秒5.8公里的速度将弹丸发射成带图案的实心立方体。Sajadi说结果令人印象深刻。他说：“子弹卡在结构的第二层。”“但是，在实体块中，裂纹在整个结构中传播。”

萨亚迪说，在实验室压机上进行的测试表明，多孔聚合物晶格如何使微晶石嵌段自身塌陷而不会破裂。

两年前，当Ajayan小组将schwarzites的理论模型转换为3D打印的块时，他们做出了类似的结构。Sajadi说，但是这项新工作是朝着材料科学家认为的圣杯迈出的一步。

他说：“有很多人们无法综合的理论体系。”“它们仍然不切实际并且难以捉摸。但是对于3D打印，我们仍然可以利用预测的机械性能，因为它们是拓扑的结果，而不是尺寸的结果。”

萨亚迪说，金属，陶瓷和聚合物的管状类似管状结构仅受打印机尺寸的限制。他说，优化晶格设计可以为民用，航空，汽车，体育，包装和生物医学应用提供更好的材料。

赖斯校友，该项目的首席研究员，现为印度哈拉格普尔印度技术学院的助理教授莱斯德拉·钱德拉·塞卡·蒂瓦里说：“这种结构的独特特性来自于复杂的拓扑结构，这种拓扑结构与尺度无关。”“拓扑控制的增强或提高承载能力也可以用于其他结构设计。”

根据这项研究的赞助者，美国石油公司阿美公司的彼得·布尔和卡尔·塞姆利兹的合著者说，潜在的应用跨越了许多行业，但是石油和天然气将发现管状的管状结构特别有价值，可作为用于建造井眼的坚韧耐用的材料。这样的材料必须承受冲击力，尤其是在水力压裂中，这种冲击力可能会使标准水泥碎裂。

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