ブロックガラスは光を透過させながら内外の環境を隔てる機能を持ち、人々の生活に欠かせない構造材です。 しかし、ガラスは断熱性能が低く、衝撃を受けると致命的な破損を起こしやすいため、耐衝撃性やエネルギー消費量が限られています。 外部の温度変化や破片の衝撃により、ガラスは建物、輸送車両、電子機器の中で最も弱い部品となることがよくあります。
最近、中国科学技術大学のNi Yong教授とHe Linghui教授が率いる研究チームは、貝殻のような真珠層構造とせん断硬化インテリジェント材料を組み合わせた、総合的な応用性能が向上した生体模倣複合ガラス材料を提案しました。 透明性を保ちながら、優れた断熱性と耐衝撃性を発揮する複合ガラス素材です。 関連する研究結果は、「透明なバルク化合物における断熱性と耐衝撃性の同時強化」というタイトルで国際ジャーナル「Advanced Materials」に掲載された。
The pearl layer in natural shells can dissipate energy through the brick sliding mechanism under quasi-static or low-speed impact loading. However, as the impact speed increases, the improvement in the impact resistance of the shell like structure is limited (Figure 1a). On the contrary, shear hardening materials exhibit strain rate related enhancement effects under impact loading, which can dissipate a large amount of impact kinetic energy under high-speed impact (Figure 1b). On the basis of a deep understanding of the rate related mechanical properties of shell like structures and shear hardening materials, the research team constructed biomimetic composite glass materials. This material combines the advantages of low-speed impact resistance of the shell like structure with the strain rate strengthening performance of the shear hardening material. Mechanical simulation analysis shows that the delocalized deformation of the shell like structure panel can further promote the large-scale damage and energy dissipation of the shear hardening sandwich layer. The synergistic energy dissipation effect of shell like structure and shear hardening material shows a 1+1>2 効果により、複合ガラスはより広範囲の衝撃速度で優れた耐衝撃性能を発揮します (図 2)。
さらに、生体模倣複合ガラスは優れた断熱性能も発揮します。 生体模倣シェル構造パネルは、特殊なレンガモルタル配置構造により面外熱伝導を低減し、低熱伝導率のせん断硬化材と併用することで生体模倣複合ガラスの断熱性能を向上させます。 生体模倣複合ガラスは、広く使用されているブロックガラス、合わせガラス、複層ガラスと比較して、透明性、軽量性、耐衝撃性、断熱性などの総合的な用途性能において優れています（図1c）。
図1
図2