روش مبتنی بر لیزر می تواند به دانشمندان در کشف مواد مقاوم در برابر سوراخ شدن کمک کند

بنابراین لطفاً مسدود کننده تبلیغات خود را برای سایت ما خاموش کنید.

تاریخ انتشار : دوشنبه ۲۶ تیر ۱۳۹۲ – ۱۲:۰۲

سولز می‌گوید: «این پارادایم جدید ابزار آزمایشی جدیدی را برای ارزیابی هیجان برخی از این گرافن و سایر مواد دوبعدی که پیش‌بینی می‌شود دارای خواص بالستیک عالی هستند، به ما می‌دهد. ما این پتانسیل را داریم که به صورت آزمایشی بررسی کنیم که آیا این مواد از مواد مقاوم بالستیک کلاسیک مانند پلی کربنات ها بهتر عمل می کنند، حتی بدون اینکه سنتز مواد دوبعدی جدید را افزایش دهیم، که بسیار پرهزینه خواهد بود.

آ گلوله‌ای که زره محافظ اولین واکنش‌دهنده را سوراخ می‌کند، چتر دریایی که یک شناگر را نیش می‌زند، ریزشهاب‌سنگ‌هایی که به ماهواره برخورد می‌کنند – پرتابه‌های پرسرعتی که مواد را سوراخ می‌کنند به اشکال مختلف ظاهر می‌شوند. هدف محققان به طور مداوم شناسایی مواد جدیدی است که بهتر می توانند در برابر این رویدادهای سوراخ با سرعت بالا مقاومت کنند. اما اتصال جزئیات میکروسکوپی یک ماده جدید امیدوارکننده به رفتار واقعی آن در موقعیت‌های دنیای واقعی دشوار بوده است.

خلاصه کیفیت برای محتوای آن از خوانندگان هزینه ای دریافت نمی کند. ما معتقدیم که اخبار صنعت برای شما مهم است که کار خود را انجام دهید، و خلاصه کیفیت از کسب و کارهای مختلف پشتیبانی می کند.

قول ما: خلاصه کیفیت فقط تبلیغات ثابتی را نشان می دهد که هرگز محتوا را پوشش نمی دهد یا پوشان نمی دهد. آنها هرگز سر راه شما قرار نمی گیرند. آنها برای خواندن شما وجود دارند یا نه.

این آزمایش LIPIT نام دارد که مخفف آزمایش ضربه پرتابه ناشی از لیزر است. از لیزر برای پرتاب یک ریزپرتابه ساخته شده از سیلیس یا شیشه به داخل یک لایه نازک از مواد مورد نظر استفاده می کند. از طریق فرآیندی به نام لیزر فرسایش، لیزر یک موج پرفشار ایجاد می‌کند که مواد ریزپرتابه را به سمت نمونه رانده می‌کند.

محققان انتظار دارند روش شناسی آنها فرصت های جدیدی را برای بررسی رفتار مواد ایجاد کند.

محققان NIST همچنین به دنبال اتصال نتایج تجربی LIPIT به دو نوع شبیه سازی هستند. یکی آنالیز اجزای محدود (FEA) است که در آن شی مورد نظر به عنوان گروهی از قطعات ساده‌تر که به هم مرتبط هستند مدل‌سازی می‌شود. FEA به طور سنتی برای شبیه سازی تغییر شکل مکانیکی کل نمونه استفاده می شود. گاهی اوقات محققان می توانند شبیه سازی FEA را سریعتر از یک آزمایش آزمایشگاهی انجام دهند. ادوین چان، مهندس علم مواد NIST می‌گوید، با این حال، در پایان شبیه‌سازی باید با داده‌های تجربی در مورد مواد واقعی مطابقت داشته باشد.

مقاله: کاترین ایوانز، شاون چن، آماندا سونا، استفان استرانیک، کریستوفر سولز و ادوین چان. “مقاومت مواد در برابر سوراخ شدن پرتابه: مقیاس بندی مقاومت ضربه لایه های نازک به مواد در مقیاس ماکرو.” مواد و رابط های کاربردی ACS. انتشار آنلاین در 29 ژوئن 2023.

در طول آزمایشات آزمایشگاهی، سنتز مقادیر کمی از یک پلیمر جدید – به عنوان مثال، چند میلی گرم از ظروف شیشه ای به اندازه یک فنجان قهوه – می تواند تقریباً معمول باشد. چالش با افزایش مقیاس برای تولید کیلوگرم مواد برای آزمایش مقاومت در برابر سوراخ شدن آن است. برای موادی که از پلیمرهای مصنوعی جدید ساخته شده اند، پوسته شدن تا مقادیر کافی اغلب ممکن یا عملی نیست.

دومین رویکرد شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) نامیده می شود. این یک نوع شبیه سازی است که در مقیاس بسیار کوچکتر است و به رفتار در سطح مولکولی موادی مانند پلیمرها نگاه می کند. MD می تواند چگونگی تغییر شکل اجزای پلیمری مانند زنجیره های مولکولی را پس از برخورد پرتابه به مواد کشف کند.

مشکل آزمایش‌های بالستیک این است که هنگام ساخت مواد جدید باید دو مرحله بردارید. کریستوفر سولز، مهندس تحقیقات مواد NIST می گوید: باید پلیمر جدیدی را که فکر می کنید بهتر است، سنتز کنید و سپس آن را تا اندازه کیلوگرم مقیاس کنید. «این یک جهش بزرگ است. بزرگ‌ترین دستاورد این کار این است که ما به‌طور شگفت‌انگیزی نشان می‌دهیم که آزمایش‌های میکروبالستیکی را می‌توان مقیاس‌بندی کرد و به آزمایش‌های در مقیاس بزرگ در دنیای واقعی متصل کرد.»


محققان NIST روشی را طراحی کردند که از یک لیزر با شدت بالا برای انفجار ریزپرتابه ها با سرعتی نزدیک به سرعت صوت در ماده مورد نظر استفاده می کند، در این مورد یک لایه پلیمری نازک نشان دهنده ماده مقاوم در برابر سوراخ شدن است. این آزمایش LIPIT نام دارد که مخفف آزمایش ضربه پرتابه ناشی از لیزر است. دانشمندان می توانند با ترکیب این آزمایش با روش های تجزیه و تحلیل و مقیاس بندی، مواد مقاوم در برابر سوراخ شدن جدید را کشف کنند. اعتبار: E. Chan/NIST

اولین بار در تاریخ 3 ژوئیه 2023 منتشر شد اخبار NIST.

منبع: https://www.qualitydigest.com/inside/innovation-article/laser-based-method-could-help-scientists-discover-puncture-resistant


LIPIT از ریزپرتابه های ریز پرتاب شده با لیزر استفاده می کند که لایه نازکی از فیلم پلیمری را هدف قرار می دهند. اعتبار: E. Chan/NIST، اصلاح شده توسط B. Hayes/NIST

چان می‌گوید: «از آنجایی که ما توانایی دیدن مستقیم کارهایی که زنجیره‌های پلیمری انجام می‌دهند را نداریم، MD روشنگری است زیرا به ما ایده بهتری درباره اینکه چرا پلیمرهای خاص برای مقاومت در برابر ضربه بهتر هستند، می‌دهد.

کاترین ایوانز، شیمیدان NIST می گوید: «زمانی که در حال بررسی یک ماده جدید برای کاربردهای محافظتی آن هستید، نمی خواهید زمان، پول و انرژی را در مقیاس گذاری آزمایش های خود هدر دهید، اگر مواد از بین نرود. با روش جدید ما می‌توانیم زودتر ببینیم که آیا ارزش آن را دارد که ماده‌ای را برای خواص محافظتی آن بررسی کنیم.

رویکرد ترکیبی استفاده از نتایج ادبیات، تجزیه و تحلیل ابعادی و LIPIT به محققان این امکان را داد تا نشان دهند که مقاومت در برابر سوراخ شدن یک ماده به حداکثر تنشی که یک ماده می‌تواند قبل از شکستن متحمل شود، مرتبط است، که استرس شکست نامیده می‌شود. این درک فعلی عملکرد بالستیک را به چالش می‌کشد، که معمولاً تصور می‌شود به نحوه عبور امواج فشار از مواد مرتبط است.