Zespół badawczy pokazuje, że złożony Schwarzyt wydrukowany w 3D może wytrzymać stres podczas malowania

Naukowcy zajmujący się materiałami z Rice University stwierdzili, że cienka warstwa miękkiego polimeru może pomóc w zapobieganiu pękaniu złożonych struktur ceramicznych.

Ceramiczna ceramika drukowana w 3D pęka pod naciskiem jak każda płyta lub miska. Ale jest pokryty miękkim polimerem potraktowanym od spodu światło ultrafioletowe, ten sam materiał ma większą szansę na zatrzymanie Integralność strukturalnaPodobnie jak potraktowana przednia szyba samochodu, jest mniej podatna na pękanie.

Badania w Rice Brown School of Engineering, które pojawiają się w postęp naukowy, wyjaśnia koncepcję schwarzytów, złożonych synaps, które w teorii istnieją tylko od dziesięcioleci, ale teraz można je wytwarzać za pomocą drukarek 3D. Po dodaniu polimerów upodobniły się do struktur występujących w naturze, takich jak muszle i kości, które składają się ze stałych płytek w matrycy biopolimerowej.

Schwarzites, nazwany na cześć niemieckiego naukowca Hermanna Schwarza, który w latach 80. XIX wieku wysnuł hipotezę, że „negatywnie zakrzywione” konstrukcje mogą być używane wszędzie tam, gdzie potrzebne są bardzo mocne, ale lekkie materiały, od baterii po kości po budynki.

Naukowcy kierowani przez Rice Materiałoznawcy Bolekl Ajian, Muhammad Rahman i ukończyć Główny autor, Syed Muhammad Sajdi, wykazał poprzez eksperymenty i symulacje, że powłoka polimerowa o grubości nie większej niż 100 mikronów sprawi, że kruchy schwarzyt będzie 4,5 razy bardziej odporny na katastrofalne pęknięcia.

Konstrukcje mogą pękać pod naciskiem, ale się nie zawalą.

„Wyraźnie widzieliśmy, że niepowlekane struktury są bardzo kruche” – powiedział Rahman, naukowiec z Rice. „Ale kiedy poddamy pomalowane konstrukcje obciążone, przejmie ono obciążenie, aż całkowicie się zepsuje. Co ciekawe, nawet wtedy nie pęka całkowicie. Pozostaje zamknięte jak szkło laminowane”.

Zespół, składający się z członków z Węgier, Kanady i Indii, stworzył i wydrukował komputerowe modele struktur za pomocą ceramicznego „atramentu” nasączonego polimerem. Ceramika została szybko utwardzona lampami UV w drukarce, następnie zanurzona w polimerze i ponownie utwardzona.

Wraz z niepowlekanymi konsolami złożone bloki zostały poddane działaniu wysokiego ciśnienia. Kontrola Schwarzytu pękła zgodnie z oczekiwaniami, ale powłoka polimerowa zapobiegła rozprzestrzenianiu się pęknięć na inne, pozwalając strukturom zachować swój kształt.

Naukowcy porównali również schwarzyt do malowanej twardej porcelany i odkryli, że porowate struktury są z natury twardsze.

„Architektura zdecydowanie odgrywa rolę” – powiedział Sajadi. „Widzieliśmy to, jeśli zakrywamy bryłę StrukturaJednak działanie polimeru nie było tak skuteczne jak schwarzyt. „

Ajian powiedział, że powłoki zachowywały się trochę jak naturalne materiały Naśladują, ponieważ polimer dyfunduje niedoskonałości do ceramiki i zwiększa jej odporność.

Rahman powiedział, że wiele zastosowań konstrukcyjnych może na tym skorzystać polimerWzmocniona ceramika. Jego biokompatybilność może ostatecznie sprawić, że będzie odpowiedni do protetyki.

„Jestem pewien, że jeśli uda nam się ulepszyć te struktury pod względem topologicznym, obiecują one również zastosowanie ich jako biorusztowań” – powiedział Rahman.