中国科学技术大学开发新型复合玻璃材料 具有增强隔热性能和抗冲击性[879字]340

据外媒报道，中国科学技术大学的研究团队开发出新型复合玻璃，将仿珍珠母结构和剪切硬化凝胶（SSG）材料结合在一起，在保持透明度的同时表现出优异的隔热和抗冲击性。该项研究发表在期刊《先进材料（Advanced Materials）》上。

（图片来源：中国科学技术大学）

在日常生活中，大块玻璃是不可或缺的结构材料。然而，玻璃的隔热性能差且在冲击下容易破碎，是大多数建筑物和交通工具中最薄弱的部件。因此，人们迫切需要开发具有综合性能的新型复合透明材料。

为了开发新型复合玻璃，该团队研究了受珍珠母启发的结构和剪切硬化材料（shear-stiffening material）的流变特性。天然珍珠母在准静态或低速冲击载荷下，可通过片式滑动机制来耗散能量。然而，随着冲击速度加快，仿珍珠母结构的抗冲击性能迅速降低。与之相反，SSG在冲击载荷下表现出与应变速率相关的增强效应，能够在高冲击速度下耗散大量的机械能。

为了结合仿珍珠母结构和剪切硬化材料的优势，该团队使用SSG构建了仿生复合玻璃。这种仿珍珠母SSG玻璃（NSG）由两片1.4 mm厚的仿珍珠母玻璃面板和一块3.0 mm厚的SSG芯材组成。而这些面板由五片硼硅酸盐玻璃板和四片聚合物夹层组成，采用3D交错砖墙加灰泥式排列，模仿天然珍珠母的结构。将两个面板仔细对齐后，SSG芯材通过偶联剂粘附在面板上。

力学模拟分析表明，NSG中仿珍珠母玻璃面板的离面变形，可以进一步增强SSG芯材中的能量耗散。受益于仿珍珠母结构和SSG的协同能量耗散效应，NSG可以在更广泛的冲击速度范围内表现出优异的抗冲击能力。

此外，NSG还具有良好的隔热性能。以珍珠母为灵感的玻璃面板，凭借其独特的砖泥结构，可以有效减少表面热传导。此外，结合SSG芯材导热系数低的特点，明显改善了NSG的隔热性能。

与常用的大块玻璃相比，NSG在透明、轻量化、抗冲击、隔热等方面具有卓越的综合性能，为未来改进透明结构材料开辟了新途径。

2024-03-21

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