"High strain rate deformation of layered nanocomposites". J. -H. Lee, D. Veysset, J. P. Singer, M. Retsch, G. Saini, T. Pezeril, K. A. Nelson, E. L. Thomas. NATURE COMMUNICATIONS 3, 1164 (2012). DOI: 10.1038/ncomms2166
Insight into the mechanical behaviour of nanomaterials under the extreme
condition of very high deformation rates and to very large strains is
needed to provide improved understanding for the development of new
protective materials. Applications include protection against bullets
for body armour, micrometeorites for satellites, and high-speed particle
impact for jet engine turbine blades. Here we use a microscopic
ballistic test to report the responses of periodic glassy-rubbery
layered block-copolymer nanostructures to impact from hypervelocity
micron-sized silica
spheres. Entire deformation fields are experimentally visualized at an
exceptionally high resolution (below 10 nm) and we discover how the
microstructure dissipates the impact energy via layer kinking, layer
compression, extreme chain conformational flattening, domain
fragmentation and segmental mixing to form a liquid phase.
Orientation-dependent experiments show that the dissipation can be
enhanced by 30% by proper orientation of the layers.
Se requiere profundizar en el comportamiento mecánico de nanomateriales bajo la condición extrema de deformaciones y esfuerzos muy altos, para mejorar el entendimiento que permita el desarrollo de nuevos materiales protectores. Las aplicaciones incluyen armaduras para protección contra balas, para protección de satélites contra meteoritos, y para protección de las aspas de turbinas contra impactos de partículas a una alta velocidad. Aquí se usó una prueba balística microscópica, y se reportan las respuestas de nanoestructuras periódicas de vidrio-polímero organizadas en forma de capas por copolímeros de bloque, ante impactos de esferas de dióxido de silicio de tamaño micrométrico que se desplazan hipervelozmente. Se visualizaron experimentalmente las deformaciones completas de los campos con una resolución excepcionalmente alta (por debajo de los 10 nm) y se descubrió como es que la microestructura disipa la energía de impacto a través de la curvatura de las capas, su compresión, del aplanamiento conformacional extremo de las cadenas, de la fragmentación de dominios y del mezclado segmentado para la formación de una fase líquida. Los experimentos dependientes de la orientación muestran que la disipación puede incrementarse hasta un 30% cuando las capas están orientadas adecuadamente.
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