理论微管可以激发超硬聚合物

 
与右下角的聚合物参考立方体相比，莱斯大学创建的类似管状的聚合物结构能够更好地处理子弹的撞击。子弹大约停在微管结构的第二层，在该层之外未观察到明显的结构损伤。以相同速度发射的子弹在整个参考立方体上发出裂缝。图片来源：Jeff Fitlow / Rice University一种充满孔的轻质材料几乎与钻石一样坚硬。高速子弹留下的仅有的凹痕证明了这一点。
赖斯大学布朗工程学院的研究人员及其同事正在测试基于微管的聚合物，这种微管的交联碳纳米管的理论结构预计具有非凡的强度。
赖斯的材料科学家Pulickel Ajayan实验室发现，微管可以被模拟为放大的3D打印聚合物块，事实证明，与没有孔的相同材料相比，这种材料在偏转弹丸方面更胜一筹。这些块还高度可压缩而不破裂。
如Small所述，这一发现可能导致具有可调机械性能的任何尺寸的印刷结构。
德克萨斯大学达拉斯分校的化学家雷·鲍曼(Ray Baughman)和巴西坎皮纳斯州立大学的物理学家道格拉斯·加尔文(DouglasGalvão)都是该新论文的共同主要研究者，于1993年预测了小管烷。小管本身尚未制造，但它们的聚合物表亲可能是下一个最好的选择。
赖斯研究生和主要作者塞耶德·穆罕默德·萨亚迪(Seyed Mohammad Sajadi)和他的同事们建立了各种微管单体的计算机模拟，将设计打印为大分子聚合物，并使其经受压碎和加速子弹的撞击。事实证明，最好的方法在阻止子弹上比同一种材料的固体块好十倍。
赖斯小组以每秒5.8公里的速度将弹丸发射成带图案的实心立方体。 Sajadi说结果令人印象深刻。他说：“子弹卡在结构的第二层。” “但是，在实体块中，裂纹在整个结构中传播。”
萨亚迪说，在实验室压机上进行的测试表明，多孔聚合物晶格如何使微晶石嵌段自身塌陷而不会破裂。
两年前，当Ajayan小组将schwarzite的理论模型转换为3D打印的块时，做出了类似的结构。 Sajadi说，但是这项新工作是朝着材料科学家认为的圣杯迈出的一步。
他说：“有很多人们无法综合的理论体系。” “它们仍然不切实际并且难以捉摸。但是对于3D打印，我们仍然可以利用预测的机械性能，因为它们是拓扑的结果，而不是尺寸的结果。”
赖斯大学的研究生赛义德·穆罕默德·萨哈迪(Seyed Mohammad Sajadi)和他的同事们建立了微管烷烃嵌段的计算机模拟，将设计打印为大分子聚合物，并使它们承受压碎力和加速子弹的作用。图片来源：Jeff Fitlow / Rice University Sajadi说，类似管状金属，陶瓷和聚合物的管状结构仅受打印机尺寸的限制。他说，优化晶格设计可以为民用，航空，汽车，体育，包装和生物医学应用提供更好的材料。
赖斯校友，该项目的首席研究员，现为印度哈拉格普尔印度技术学院的助理教授莱斯德拉·钱德拉·塞卡·蒂瓦里说：“这种结构的独特特性来自于复杂的拓扑结构，这种拓扑结构与尺度无关。” “拓扑控制的增强或提高承载能力也可以用于其他结构设计。”
赖斯大学基于理论上的微管结构制成的材料比底部的聚合物参考立方体更能应对子弹的撞击。子弹大约停在微管结构的第二层，在该层之外未观察到明显的结构损伤。以相同速度发射的子弹在整个参考立方体上发出裂缝。图片来源：Jeff Fitlow / Rice University根据这项研究的赞助者Aramco Services Co.的共同作者Peter Boul和Carl Thaemlitz的说法，潜在的应用遍及许多行业，但是石油和天然气将发现管状管状结构特别有用，因为它们坚韧耐用用于井建设。这样的材料必须承受冲击力，尤其是在水力压裂中，这种冲击力可能会使标准水泥碎裂。