Viletsad vesinikvõlakirjad on võti tugeva ja karmi infrastruktuuri

Viletsad värsid (Bad Poems) | Meet the Filmmakers | PÖFF 2018 (Mai 2019).

Anonim

Vastavalt Rice'i ülikooli teadlastele, kes soovivad jäljendada pärlmutterite ja sarnaste looduslike komposiitide ja sünteetiliste materjalide mehhaanikat, on otsustava tähtsusega tugevate, karmide ja painduvate infrastruktuuride materjalide tootmine.

Pärlmutrist, ka närrraudest valmistatud marmelaad, saavad oma märkimisväärsed omadused ühelt poolt mikroni suurusega mineraliseeritud plaatidelt, mida peetakse pehme maatriksiga kokku. Vastavalt Rouzbeh Shahsavari, tsiviil- ja keskkonnainstituudi abiprofessorile, saab selle struktuuri juurde pääseda tsemendi ja polümeerse komposiidi abil, mis võivad näiteks paremini maavärina suhtes vastupidavast betoonist teha.

Rice Lab töötas üle 20 arvuti simulatsiooni selle kohta, kuidas polümeerid ja tsemendimolekulid nanoskaalal kokku kogunevad ja mis nende haardumist juhib. Uurijad näitasid, et hapniku- ja vesinikuaatomite lähedus on kriitiline tegur nõrkade vesiniksidemete võrgu moodustamiseks, mis ühendab pehmeid ja kõvasid kihte. Tavaliselt polüakrüülhape (PAA) osutunud kõige paremaks tsemendikristallide kattuvate kihtide sidumiseks optimaalse kattuvusega umbes 15 nanomeetrit.

"See teave on oluline, et teha parimaid sünteetilisi komposiite, " ütles Shahsavari, kes jooksis projekti Rice'i lõpetanud üliõpilasega Navid Sakhavand. "Nende materjalide tänapäevane tehniline lähenemine avaldab ühiskonnale suurt mõju, eriti kui me ehitame uue ja asendame vananemise infrastruktuuri."

Laboratooriumi tulemused ilmuvad rakendusfüüsika kirjades.

Kuigi insenerid mõistavad, et polümeeride lisamine parandab tsementi, blokeerides selle nurga sissetungivate "agressiivsete" ioonide kahjuliku mõju, on üksikasjad selle kohta, kuidas materjalid molekulaarsel skaalal vastasmõju avaldavad, teadmata, "ütles Shahsavari. Et teada saada, modelleerisid teadlased PAA-ga komposiite, aga ka polüvinüülalkoholi (PVA), nii pehme maatriksi materjale, mida on kasutatud tsemendi parandamiseks.

Nad avastasid, et kaks erinevat hapnikuaatomit PAA-s (erinevalt PVA-st) võimaldasid ioonide vastuvõtmisel ja annetamisel vesinikku siduda tobermoriidtsemendi kristallidega. PAA-s sisalduvas hapnikus oli vesinikuga sidumise kaheksa moodi (kuus PVA-le) ja osaleda ka polümeeri ja tsemendi vahelises soolasisalduses, mis muudab sidumisvõrgu veelgi keerukamaks.

Uurijad katsetasid oma simuleeritud struktuure libisevate polümeeri ja tsemendi kihtide abil üksteise vastu ning leidsid, et keerukus võimaldas PAA ja tsemendi vaheliste sidemete vahel puruneda ja taasühendada sagedamini materjali stressis, mis suurendab oluliselt selle tugevust, võimet deformeeruda ilma purunemine. See võimaldas teadlastel kindlaks määrata tsemendikristallide optimaalse kattuvuse.

"Vastupidiselt üldisele intuitsioonile, et vesiniksidemed on nõrgad, kui nende õige arv - optimaalne kattuvad-teevad koostööd, pakuvad komposiiti piisavat ühenduvust, et anda tugevat ja tugevat tugevust, " ütles Shahsavari. "Eksperimentaalsest seisukohast saab seda teha hoolikalt häälestades ja kontrollides õige molekulkaaluga polümeeride lisamist tsemendi mineraalide moodustumise kontrollimisel. Tõepoolest, meie kolleegide hiljutised eksperimentaalsed raamatud näitasid selle strateegia jaoks kontseptsiooni tõestust."

menu
menu