Блок стакло је неопходан структурни материјал у свакодневном животу људи, јер може да одвоји унутрашње и спољашње окружење док преноси светлост. Међутим, перформансе топлотне изолације стакла су лоше и склоно је катастрофалном ломљењу при удару, што резултира ограниченом отпорношћу на удар и потрошњом енергије. Под спољним променама температуре и утицајима крхотина, стакло често постаје најслабија компонента у зградама, транспортним возилима и електронским уређајима.
Недавно је истраживачки тим предвођен професором Ни Јонгом и професором Хе Лингхуиом са Универзитета науке и технологије у Кини предложио биомиметички композитни стаклени материјал са побољшаним свеобухватним перформансама примене, комбинујући структуру бисерног слоја попут шкољке и интелигентни материјал који очвршћава смицањем. Овај композитни стаклени материјал испољава одличну топлотну изолацију и отпорност на удар док одржава транспарентност. Релевантни резултати истраживања објављени су у међународном часопису Адванцед Материалс под насловом „Истовремено побољшање топлотне изолације и отпорности на удар у транспарентним расутим једињењима“.
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, због чега композитно стакло показује боље перформансе отпорности на удар при већем опсегу брзина удара (Слика 2).
Поред тога, биомиметичко композитно стакло такође показује добре перформансе топлотне изолације. Панел са структуром биомиметичке љуске смањује проводљивост топлоте ван равни кроз специјалну структуру распореда малтера од цигле и ради заједно са материјалима за смицање смицања ниске топлотне проводљивости како би побољшао перформансе топлотне изолације биомиметичког композитног стакла. У поређењу са широко коришћеним блок стаклом, ламинираним стаклом и изолационим стаклом, биомиметичко композитно стакло показује предности у свеобухватним перформансама примене као што су транспарентност, мала тежина, отпорност на удар и топлотна изолација (Слика 1ц).
Слика 1
Слика 2