51吃瓜

1. Ορισμ??

Τα σ?νθετα υλικ? ε?ναι ν?α υλικ? που σχηματ?ζονται με τη βελτιστοπο?ηση και τον συνδυασμ? διαφορετικ?ν ιδιοτ?των των υλικ?ν συστατικ?ν χρησιμοποι?ντα? προηγμ?νε? τεχνικ?? προετοιμασ?α? υλικ?ν. Ο γενικ?? ορισμ?? των σ?νθετων υλικ?ν απαιτε? να πληρο?νται οι ακ?λουθε? προ?ποθ?σει?:

Τα σ?νθετα υλικ? πρ?πει να ε?ναι τεχνητ? και σχεδιασμ?να και κατασκευασμ?να σ?μφωνα με τι? αν?γκε? των ανθρ?πων·

Τα σ?νθετα υλικ? πρ?πει να αποτελο?νται απ? δ?ο ? περισσ?τερα υλικ? συστατικ? με διαφορετικ?? χημικ?? και φυσικ?? ιδι?τητε?, συνδυασμ?να με τη σχεδιασμ?νη μορφ?, αναλογ?α και κατανομ?, με σαφε?? διεπαφ?? μεταξ? κ?θε συστατικο?·

(iii) ?χει δομικ? σχεδιαστικ?τητα και μπορε? να χρησιμοποιηθε? για σ?νθετο σχεδιασμ? δομ?ν·

(iv) Τα σ?νθετα υλικ? ?χι μ?νο διατηρο?ν τα πλεονεκτ?ματα τη? απ?δοση? κ?θε συστατικο? υλικο?, αλλ? επιτυγχ?νουν επ?ση? ολοκληρωμ?νε? επιδ?σει? που δεν μπορο?ν να επιτευχθο?ν απ? ?να ενια?ο συστατικ? υλικ? μ?σω τη? συμπληρωματικ?τητα? και τη? συσχ?τιση? των επιδ?σεων κ?θε συστατικο?.

Τα υλικ? μ?τρα? των σ?νθετων υλικ?ν χωρ?ζονται σε δ?ο κατηγορ?ε?: μεταλλικ? και μη μεταλλικ?. Τα κοιν? χρησιμοποιο?μενα μεταλλικ? υποστρ?ματα περιλαμβ?νουν αλουμ?νιο, μαγν?σιο, χαλκ?, τιτ?νιο, και τα κρ?ματ? του?. Τα μη μεταλλικ? υποστρ?ματα περιλαμβ?νουν κυρ?ω? τι? συνθετικ?? ρητ?νε?, το λ?στιχο, την κεραμικ?, τον γραφ?τη, τον ?νθρακα, κ.λπ. Τα κ?ρια ενισχυτικ? υλικ? περιλαμβ?νουν ?νε? γυαλιο?, ?νε? ?νθρακα, ?νε? βορ?ου, ?νε? αραμ?δη?, ?νε? καρβιδ?ου πυριτ?ου, ?νε? αμ?αντου, μουστ?κια, και μ?ταλλα.

2. Ταξιν?μηση

Τα σ?νθετα υλικ? ε?ναι ?να με?γμα. ?χει διαδραματ?σει σημαντικ? ρ?λο σε πολλο?? τομε??, αντικαθιστ?ντα? πολλ? παραδοσιακ? υλικ?. Τα σ?νθετα υλικ? χωρ?ζονται σε σ?νθετα υλικ? μετ?λλων σε μ?ταλλο, σ?νθετα υλικ? μη μετ?λλων σε μ?ταλλο και σ?νθετα υλικ? μη μετ?λλων σε μη μεταλλικ? σ?μφωνα με τη σ?νθεσ? του?. Σ?μφωνα με τα δομικ? χαρακτηριστικ? του, μπορε? να χωριστε? περαιτ?ρω σε:

① Σ?νθετα υλικ? ενισχυμ?να με ?νε?. Σ?νθεση διαφ?ρων ιν?ν ενισχυμ?νων υλικ?ν μ?σα στο υλικ? μ?τρα?. ?πω? τα ενισχυμ?να με ?νε? πλαστικ?, τα ενισχυμ?να με ?νε? μ?ταλλα, κ.λπ.

② Σ?νθετα υλικ? σε στρ?ματα. Αποτελε?ται απ? υλικ? επιφ?νεια? και υλικ? πυρ?νων με διαφορετικ?? ιδι?τητε?. Συν?θω?, το υλικ? επιφ?νεια? ?χει υψηλ? αντοχ? και ε?ναι λεπτ?. Το υλικ? πυρ?νων ε?ναι ελαφρ? και ?χει χαμηλ? αντοχ?, αλλ? ?χει μια ορισμ?νη ακαμψ?α και π?χο?. Χωρ?ζεται σε δ?ο τ?που?: στερε? σ?ντουιτ? και κυψελωτ? σ?ντουιτ?.

③ Σ?νθετα υλικ? λεπτ?κοκκα. Ομο?ω? διανε?μετε τα σκληρ? λεπτ? μ?ρια στη μ?τρα, ?πω? τα ενισχυμ?να κρ?ματα διασπορ??, τα κεραμικ? μετ?λλων, κ.λπ.

④ Υβριδικ? σ?νθετα υλικ?. Αποτελε?ται απ? δ?ο ? περισσ?τερα υλικ? ενισχυτικ?? φ?ση? αναμεμειγμ?να σε υλικ? φ?ση? μια? μ?τρα?. Σε σ?γκριση με τα συνηθισμ?να σ?νθετα υλικ? ενια?α? ενισχυμ?νη? φ?ση?, η αντοχ? αντ?κτυπου, η αντοχ? κο?ραση?, και η ανθεκτικ?τητα θρα?ση? βελτι?νονται σημαντικ?, και ?χει τι? ειδικ?? ιδι?τητε? θερμικ?? επ?κταση?. Χωρ?ζεται σε υβρ?διο ενδοστρ?ματο?, υβρ?διο μεταξ? στρ?ματο?, υβρ?διο σ?ντουιτ?, υβρ?διο ενδοστρ?ματο? και εξαιρετικ? υβριδικ? σ?νθετα υλικ?.

Τα σ?νθετα υλικ? μπορο?ν να χωριστο?ν κυρ?ω? σε δ?ο κατηγορ?ε?: δομικ? σ?νθετα υλικ? και λειτουργικ? σ?νθετα υλικ?.

Τα δομικ? σ?νθετα υλικ? ε?ναι υλικ? που χρησιμοποιο?νται ω? φ?ρουσε? δομ??, τα οπο?α αποτελο?νται βασικ? απ? στοιχε?α εν?σχυση? που μπορο?ν να αντ?ξουν τα φορτ?α και στοιχε?α μ?τρα? που μπορο?ν να συνδ?σουν τα στοιχε?α εν?σχυση? σε ?να ολ?κληρο υλικ? εν? επ?ση? μεταδ?δουν δυν?μει?. Οι ενισχ?σει? περιλαμβ?νουν δι?φορου? τ?που? γυαλιο?, κεραμικ?ν, ?νθρακα, πολυμερ?ν, μετ?λλων, καθ?? και φυσικ?? ?νε?, υφ?σματα, μουστ?κια, φ?λλα και σωματ?δια, εν? οι μ?τρε? περιλαμβ?νουν πολυμερ? (ρητ?νε?), μ?ταλλα, κεραμικ?, γυαλ?, ?νθρακα και τσιμ?ντο. Δι?φορα δομικ? σ?νθετα υλικ? μπορο?ν να αποτελο?νται απ? διαφορετικο?? ενισχυτικο?? παρ?γοντε? και μ?τρε?, και να ονομαστο?ν απ? τη μ?τρα που χρησιμοποιε?ται, ?πω? σ?νθετα υλικ? βασισμ?να σε πολυμερ? (ρητ?νη). Το χαρακτηριστικ? των δομικ?ν σ?νθετων υλικ?ν ε?ναι ?τι μπορο?ν να σχεδιαστο?ν για την επιλογ? συστατικ?ν σ?μφωνα με τι? απαιτ?σει? τη? π?εση? του υλικο? κατ? τη δι?ρκεια τη? χρ?ση?, και το σημαντικ?τερο, το σ?νθετο σχ?διο δομ?ν μπορε? επ?ση? να πραγματοποιηθε?, δηλαδ?, το σχ?διο ρ?θμιση? εν?σχυση?, το οπο?ο μπορε? λογικ? να καλ?ψει τι? αν?γκε? και να σ?σει τα υλικ?.

Τα λειτουργικ? σ?νθετα υλικ? αποτελο?νται γενικ? απ? λειτουργικ? συστατικ? σ?ματο? και συστατικ? Η μ?τρα ?χι μ?νο πα?ζει ρ?λο στη διαμ?ρφωση του συν?λου, αλλ? μπορε? επ?ση? να παρ?γει συνεργικ?? ? ενισχυτικ?? λειτουργ?ε?. Τα λειτουργικ? σ?νθετα υλικ? αναφ?ρονται σε σ?νθετα υλικ? που παρ?χουν φυσικ?? ιδι?τητε? ?λλε? απ? τι? μηχανικ?? ιδι?τητε?. Για παρ?δειγμα, η αγωγιμ?τητα, η υπεραγωγιμ?τητα, ο ημιαγωγ??, ο μαγνητισμ??, η πιεζοηλεκτρικ? εν?ργεια, η απ?σβεση, η απορρ?φηση, η μετ?δοση, η τριβ?, η θωρ?κιση, η επιβρ?δυνση φλ?γα?, η αντ?σταση θερμ?τητα?, η ηχητικ? απορρ?φηση, η μ?νωση, κ.λπ. τον?ζουν μια ορισμ?νη λειτουργ?α. Γνωριζ?μαστε συλλογικ? ω? λειτουργικ? σ?νθετα υλικ?. Τα λειτουργικ? σ?νθετα υλικ? αποτελο?νται κυρ?ω? απ? λειτουργικ? σ?ματα, ενισχυτικ? σ?ματα και μ?τρε?. Τα λειτουργικ? σ?ματα μπορο?ν να αποτελο?νται απ? ?να ? περισσ?τερα λειτουργικ? υλικ?. Τα πολυλειτουργικ? σ?νθετα υλικ? μπορο?ν να ?χουν πολλαπλ?σιε? λειτουργ?ε?. Εν τω μεταξ?, ε?ναι επ?ση? δυνατ? η παραγωγ? ν?ων λειτουργι?ν λ?γω σ?νθετων αποτελεσμ?των. Τα πολυλειτουργικ? σ?νθετα υλικ? ε?ναι η κατε?θυνση αν?πτυξη? των λειτουργικ?ν σ?νθετων υλικ?ν.

Τα σ?νθετα υλικ? μπορο?ν επ?ση? να χωριστο?ν σε δ?ο κατηγορ?ε?: συν?θω? χρησιμοποιημ?να και προηγμ?να.

Τα κοιν? σ?νθετα υλικ? ?πω? το φ?μπεργκλα? αποτελο?νται απ? ενισχ?σει? χαμηλ?? απ?δοση? ?πω? οι ?νε? γυαλιο? και τα συνηθισμ?να υψηλ? πολυμερ? (ρητ?νε?). Λ?γω τη? χαμηλ?? τιμ?? του, ?χει χρησιμοποιηθε? ευρ?ω? στου? δι?φορου? τομε?? ?πω? τα πλο?α, τα οχ?ματα, οι χημικο? αγωγο? και οι δεξαμεν?? αποθ?κευση?, οι δομ?? οικοδ?μηση?, και ο αθλητικ?? εξοπλισμ??.

Τα προηγμ?να σ?νθετα υλικ? αναφ?ρονται σε σ?νθετα υλικ? που αποτελο?νται απ? υψηλ?? απ?δοση? ανθεκτικ? στη θερμ?τητα πολυμερ? ?πω? ?νε? ?νθρακα και Αργ?τερα, βασισμ?να σε μ?ταλλο, κεραμικ?, ?νθρακα (γραφ?τη) και λειτουργικ? σ?νθετα υλικ? συμπεριλ?φθηκαν επ?ση?. Αν και ?χουν εξαιρετικ? απ?δοση, οι τιμ?? του? ε?ναι σχετικ? υψηλ??, που χρησιμοποιο?νται κυρ?ω? στην αμυντικ? βιομηχαν?α, την αεροδιαστημικ?, τα μηχαν?ματα ακρ?βεια?, τα υποβρ?χια σκ?φη βαθι?? θ?λασσα?, τα δομικ? συστατικ? ρομπ?τ, και τον αθλητικ? εξοπλισμ? υψηλ?ν σημε?ων.

3. Εφαρμογ?

Οι κ?ριοι τομε?? εφαρμογ?? των σ?νθετων υλικ?ν ε?ναι:

① Αεροδιαστημικ? πεδ?ο. Λ?γω τη? καλ?? θερμικ?? σταθερ?τητα? του?, τη? υψηλ?? ειδικ?? αντοχ??, και τη? ακαμψ?α?, τα σ?νθετα υλικ? μπορο?ν να χρησιμοποιηθο?ν για την κατασκευ? φτερ?ν και εμπρ?σθιων σωμ?των αεροσκαφ?ν, των δορυφορικ?ν κεραι?ν και των υποστηρικτικ?ν δομ?ν του?, των φτερ?ν και των κοχυλι?ν ηλιακ?ν κυττ?ρων, των μεγ?λων κοχυλι?ν οχημ?των εκτ?ξευση?, των κοχυλι?ν μηχαν?ν, των δομικ?ν συστατικ?ν διαστημικ?ν αεροσκαφ?ν, κ.λπ.

② Η αυτοκινητοβιομηχαν?α. Λ?γω των ειδικ?ν χαρακτηριστικ?ν απ?σβεση? δ?νηση? των σ?νθετων υλικ?ν, μπορο?ν να μει?σουν τη δ?νηση και το θ?ρυβο, να ?χουν καλ? αντοχ? στην κο?ραση, ε?ναι ε?κολο να επισκευαστο?ν μετ? απ? ζημ?α, και ε?ναι ε?κολο να διαμορφωθο?ν ω? σ?νολο Ω? εκ το?του, μπορο?ν να χρησιμοποιηθο?ν για την κατασκευ? αυτοκιν?των σωμ?των, φ?ροντα εξαρτ?ματα, ?ξονε? μετ?δοση?, στηρ?γματα μηχαν?ν, και τα εσωτερικ? συστατικ? του?.

③ Στου? τομε?? τη? χημικ??, κλωστο?φαντουργικ?? και κατασκευ?? μηχανημ?των. ?να υλικ? που αποτελε?ται απ? τη μ?τρα ιν?ν ?νθρακα και ρητ?νη? με την καλ? αντ?σταση δι?βρωση?, η οπο?α μπορε? να χρησιμοποιηθε? για να κατασκευ?σει χημικ? εξοπλισμ?, κλωστο?φαντουργικ?? μηχαν??, μηχαν?? εγγρ?φου, αντιγραφικ? μηχαν?ματα, εργαλε?α υψηλ?? ταχ?τητα?, ?ργανα ακρ?βεια?, κ.λπ.

④ Ιατρικ?? τομ?α?. Τα σ?νθετα υλικ? ιν?ν ?νθρακα ?χουν τι? ?ριστε? μηχανικ?? ιδι?τητε? και τη μη απορρ?φηση των ακτ?νων Χ, και μπορο?ν να χρησιμοποιηθο?ν για την κατασκευ? ιατρικ?ν μηχαν?ν ακτ?νων Χ και ορθοπεδικ?ν στεντ. Τα σ?νθετα υλικ? ιν?ν ?νθρακα ?χουν επ?ση? βιοσυμβατ?τητα και συμβατ?τητα α?ματο?, καλ? σταθερ?τητα στα βιολογικ? περιβ?λλοντα, και χρησιμοποιο?νται επ?ση? ω? βιο?ατρικ? υλικ?. Επιπλ?ον, τα σ?νθετα υλικ? χρησιμοποιο?νται επ?ση? για την κατασκευ? αθλητικο? εξοπλισμο? και ω? δομικ? υλικ?.

4. Σ?νθετα υλικ? τροποποιημ?να με φωσφορικ? ζιρκ?νιο

Τα τελευτα?α χρ?νια, τα πολυμερ?/αν?ργανα στρ?ματα νανοσ?νθετα ?χουν προσελκ?σει ευρε?α προσοχ? λ?γω των ?ριστων ιδιοτ?των του? σε δι?φορε? πτυχ??.Πολλ?? μελ?τε? ?χουν δε?ξει ?τι οι μηχανικ?? και θερμικ?? ιδι?τητε? των σ?νθετων υλικ?ν μπορο?ν να βελτιωθο?ν σημαντικ? με μια μικρ? περιεκτικ?τητα σε νανο αν?ργανα πληρωτικ?. Επ? του παρ?ντο?, ?χουν γ?νει πολλ?? μελ?τε? σχετικ? με τα νανοσωματ?δια αν?ργανων στρωματοποιημ?νων υλικ?ν ?πω? μοντmorillonite και attapulgite με πολυμερ?, αλλ? υπ?ρχει σχετικ? μικρ? ?ρευνα για νανοσωματ?δια πολυμερ?ν/φωσφορικο? ζιρκον?ου.

Το ελασματοποιημ?νο υλικ? ?χει σταθερ? δομ? και μπορε? να διατηρ?σει ?να σχετικ? σταθερ? ελασματοποιημ?νο ακ?μη και μετ? την εισαγωγ? του φιλοξενο?μενου στο ενδι?μεσο στρ?μα.?χει επ?ση? μια μεγ?λη ικαν?τητα ανταλλαγ?? ι?ντων και χαρακτηρ?ζει την ελεγχ?μενη αναλογ?α πλευρ?ν και τη στεν? κατανομ? μεγ?θου? σωματιδ?ων, καθιστ?ντα? το κατ?λληλο για την προετοιμασ?α πολυμερ?ν/στρωματοποιημ?νων αν?ργανων νανο-σ?νθετων. Για να αυξηθε? η απ?σταση μεταξ? στρ?σεων του φωσφορικο? ζιρκον?ου, να προωθ?σει την απομ?κρυνσ? του στην πολυμερ? μ?τρα, και να ενισχ?σει τη συμβατ?τητα μεταξ? των στρωμ?των φωσφορικο? ζιρκον?ου και τη? πολυμερο?? μ?τρα?, απαιτε?ται οργανικ? τροποπο?ηση του α-ΖrP. Το α-ZrP τροποποιε?ται γενικ? με μικρ?? μοριακ?? αμ?νε? ? αλκο?λε? μ?σω αντιδρ?σεων πρωτοπο?ηση? ? σ?νδεση? υδρογ?νου μ?σα και ?ξω απ? τα στρ?ματα του?, και μπορε? επ?ση? να διαπλατωθε? με μεγ?λα μ?ρια Ωστ?σο, λ?γω του μικρο? διαστ?ματο? μεταξ? στρ?σεων, ε?ναι δ?σκολο να διαπλατωθο?ν ?μεσα μεγ?λα μ?ρια, και συν?θω? απαιτε? μικρ? μ?ριο προ υποστ?ριξη? πριν απ? την ανταλλαγ? με μεγ?λα μ?ρια.

Τα τεταρτημ?ρια ?λατα αμμων?ου μακρ?? αλυσ?δα? (DMA-CMS) συνθ?θηκαν χρησιμοποι?ντα? οκτadecyldymethylamine (DMA) και χλωρομεθυλοστυρ?νιο (Το α-ZrP προ?ποστηρ?στηκε με μεθυλαμ?νη και στη συν?χεια ανταλλ?χθηκε με το DMA-CMS για να ληφθε? οργανικ? τροποποιημ?νο φωσφορικ? ζιρκ?νιο (ZrP. DMA. CMS). Το οργανικ? επεξεργασμ?νο φωσφορικ? ζιρκ?νιο στη συν?χεια αναμειγν?εται με το PS για να παρασκευαστε? το PS/οργανικ? τροποποιημ?νο φωσφορικ? ζιρκ?νιο νανο-σ?νθετο, και μελετ?θηκαν η δομ? και οι ιδι?τητ?? του?.

Η αν?λυση δε?χνει ?τι το τεταρτημ?ριο ?λα? αμμων?ου μακρ?? αλυσ?δα? ε?ναι σχετικ? ε?κολο να εισαγ?γει μεταξ? των στρωμ?των μετ? απ? την προ-υποστ?ριξη μεθυλαμ?νη? Μετ? απ? την παρεμβολ?, η απ?σταση ενδι?μεσου στρ?ματο? του φωσφορικο? ζιρκον?ου αυξ?νεται απ? 0.8 σε 4.0 και η επ?δραση διαπλ?τωση? ε?ναι σημαντικ?. Το νανοσ?νθετο υλικ? που παρασκευ?ζεται με δ?δυμη εξ?θηση του τροποποιημ?νου φωσφορικο? ζιρκον?ου (και επεκτε?νει περαιτ?ρω την απ?σταση μεταξ? στρ?σεων απ? 4.0 σε 4.3 σε σ?γκριση με το με κ?ποια πολυστυρ?λη που εισ?ρχεται στο ενδι?μεσο στρ?μα του φωσφορικο? ζιρκον?ου.

Η μηχανικ? αν?λυση δε?χνει ?τι ?ταν η περιεκτικ?τητα σε φωσφορικ? ζιρκ?νιο ε?ναι 1%, η αντοχ? σε εφελκυσμ?, ο ελαστικ?? συντελεστ??, η επιμ?κυνση στο σπ?σιμο και η αντοχ? σε κρο?ση των νανοσ?νθετων φωσφορικ?ν ζιρκον?ου αυξ?νονται κατ? 4%, 21%, 8%, και 43%, αντ?στοιχα. Αλλ? με την α?ξηση τη? περιεκτικ?τητα? σε φωσφορικ? ζιρκ?νιο, η εκτατ? δ?ναμη, ο ελαστικ?? συντελεστ??, η επιμ?κυνση στο σπ?σιμο, και η δ?ναμη αντ?κτυπου των νανοσ?νθετων παρουσι?ζουν μια φθ?νουσα τ?ση, και η δ?ναμη, η ακαμψ?α, και η ανθεκτικ?τητα του υλικο? αρχ?ζουν να μει?νονται. Η προσθ?κη κατ?λληλη? ποσ?τητα? οργανικο? τροποποιημ?νου φωσφορικο? ζιρκον?ου ?χει μια ορισμ?νη ενισχυτικ? και σκληρυντικ? επ?δραση στο PS.