Вибропоглощающие, звукопоглощающие материалы, такие как листы резины и вспененный пеноматериал, как правило, толстые, громоздкие и мягкие. Однако новый материал является большим исключением из этой тенденции, поскольку он поглощает вибрации, оставаясь жестким и тонким.
Обычно, если вы хотите построить конструкцию, которая будет прочной и неподатливой, но также способной поглощать неприятные вибрации, вам приходится комбинировать несущие жесткие материалы с более мягкими веществами. Другой вариант — включить в конструкцию механические амортизаторы.
В любом случае готовый продукт будет тяжелее, громоздче и дороже, чем если бы использовались только жесткие материалы. Вот тут-то и появляется новый композитный материал.
Разработанный Иоанной Цимоури, Андреем Гусевым и Вальтером Казери в исследовательском институте ETH Zurich, он состоит из ультратонких сложенных слоев жесткого материала, соединенных еще более тонкими слоями эластичного полимера. Если говорить точнее, то первоначальные прототипы состояли из стеклянных пластин толщиной от 0,2 до 0,3 мм, перемежающихся слоями силикона PDMS (полидиметилсилоксан), толщина которых составляла всего несколько сотен нанометров.
Это соотношение было важным, поскольку компьютерные модели показали, что для достижения желаемых результатов композит должен был состоять как минимум на 99% из жесткого материала (по объему) и менее чем на 1% из полимера. «Если слой полимера слишком тонкий, демпфирующий эффект будет очень слабым», — говорит Цимоури, возглавлявший исследование. «Если он слишком толстый, материал недостаточно жесткий».
Образцы материала выдержали стандартные испытания на прочность при трехточечном изгибе, а также продемонстрировали превосходные демпфирующие свойства вплоть до температуры -125 ºC (-193 ºF).
В демонстрации свойств композита, которую можно увидеть на видео ниже, листы материала и стандартного стекла были сброшены с высоты 25 см (9,8 дюйма) на поверхность стола. В то время как стекло подпрыгнуло в воздух и издало громкий стук, композит не подпрыгнул и издал приглушенный звук.
Ожидается, что после дальнейшего развития технологии различные версии материала можно будет использовать в таких приложениях, как окна, корпуса машин, детали автомобилей и даже компоненты аэрокосмической отрасли. И в качестве дополнительного бонуса, текущая версия композита на основе стекла может быть полностью переработана, поскольку небольшие количества PDMS разлагаются на стекло при плавлении.
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Composites Part B: Engineering.
Жесткий материал, который останавливает вибрации и шум