貝殻をモチーフにしたサンディアのシールドが、過酷な環境下で素材を保護する(Seashell-inspired Sandia shield protects materials in hostile environments)

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従来材をしのぐ環境配慮型コーティング Environmentally friendly coating outperforms conventional materials

2022-05-03 サンディア国立研究所(SNL)

寒冷な宇宙空間で衛星を破片から守るのに十分なほど軽量で、地球の平均的な環境で使用される加圧容器の壁を強化できるほど凝集性が高く、摂氏1500度(華氏2732度)で機器を飛来する破片から保護できるほど耐熱性のある、非常に安価な材料が?
サンディア国立研究所で発見されたその答えは、製菓用の砂糖をカーボンブラックと呼ばれる状態になるまで焼き、その間にシリカをほんの少し厚めに挟んで焼いたもので、貝殻の有機物と無機物の積層で、それぞれの層が次の層を支え、衝撃を緩和しているのです。

<関連情報>

バイオインスパイアードによる熱安定性・機械的強度に優れたナノコンポジットコーティングの合成 Bioinspired synthesis of thermally stable and mechanically strong nanocomposite coatings

Guangping Xu,Hongyou Fan,Chad A. McCoy,Melissa M. Mills &Jens Schwarz
MRS Advances  Published: 28 February 2022
DOI:https://doi.org/10.1557/s43580-022-00245-y

Abstract

An innovative biomimetic method has been developed to synthesize layered nanocomposite coatings using silica and sugar-derived carbon to mimic the formation of a natural seashell structure. The layered nanocomposites are fabricated through alternate coatings of condensed silica and sugar. Sugar-derived carbon is a cost-effective material as well as environmentally friendly. Pyrolysis of sugar will form polycyclic aromatic carbon sheets, i.e., carbon black. The resulting final nanocomposite coatings can survive temperatures of more than 1150 °C and potentially up to 1650 °C. These coatings have strong mechanical properties, with hardness of more than 11 GPa and elastic modulus of 120 GPa, which are 80% greater than those of pure silica. The layered coatings have many applications, such as shielding in the form of mechanical barriers, body armor, and space debris shields.

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