浮冰船和增加玻璃的韧性

http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Habakkuk

几年前，当我深入研究文献时，我惊讶地发现没有任何关于向冰中添加纳米颗粒的文献，以研究它们对冰力学的影响。简而言之，就是以冰为基质制造纳米复合材料。所以，我们和两个来自IMSA，伊利诺斯州数学和科学学院的高中生一起(在他们有限的时间里进行一些研究)尝试在水中添加一些纳米颗粒并将其冷冻。学生们只是用家里的冰柜来做这件事，他们的力学测量是用锤子和凿子做的……

Markus Buehler曾在《iMechanica》上评论过万博manbetx平台自然系统的韧性，就像其他人一样，例如:

P K汉斯马，P J特纳，R S罗夫，优化的粘合剂，用于坚固、轻质、抗损伤的纳米复合材料:来自天然材料的新见解，纳米技术18， (2007) 044026

此资料可于http://bucky-central.mech.northwestern.edu/publications.html

# 155。

因此，我和我的高中学生研究人员建议我们尝试一些具有广泛h键能力的生物聚合物，然后是氧化石墨烯，这是一层单独的石墨烯，但严重氧化，因此在基面和每个薄片的边缘上都有-OH，环氧化物和羧酸基团。我的团队非常擅长在水中制备氧化石墨烯的胶体悬浮液(见上文提到的各种文章的出版物链接)。所以，有合成的和天然的纳米颗粒，它们以低浓度漂浮在水中。“为什么不把这些胶体分散体冷冻起来呢?”这是我过去和现在的想法。事实证明，拥有一个专门用于研究冰的力学的实验室肯定是有帮助的。达特茅斯和世界上其他地方都有这样的学校。

现在，真正促使我思考冰的力学作为具有强h键能力的纳米颗粒的加入的函数的实验，并不是真正的冰本身。但在进一步阅读之后，我意识到改善冰的力学并不一定只是普通人的努力。在世界上的一些地方，人们故意制造和使用冰来支撑卡车等。即使在非常低浓度的纳米颗粒下，相分离也可能是一个障碍……可能需要形成玻璃状冰(无定形冰)，

http://en.wikipedia.org/wiki/Amorphous_ice

促使我思考在冰上进行这种实验的原因，是对消耗、消耗(以及循环利用和可持续性)的现实的思考。这最终将使我们讨论在冰上进行的实验是否能教会我们如何制造坚硬的玻璃，如坚硬的SiO2。但让我们先绕个弯子，讨论一下有限的资源。

投资的翻倍率计算为70/P，其中P为回报率百分比。如果你每年赚10%，你的钱在7年内翻倍。同样的公式被用来评估有限资源的耗竭率。比如某些化石燃料……例如，关于金属损耗的讨论，请参见:

http://news.mongabay.com/2006/0126-yale.html

硅pv的一个好处是，虽然尽量减少硅的使用是明智的(出于其他原因——如果物理转换到电力的过程都发生在薄的表面上，那么薄的材料外壳可能比厚的硅片更便宜)，但我没有听到任何人说我们很快就会缺少硅或SiO2。(可能会有暂时的短缺，因为没有足够的高质量硅-我在这里不是指这个。)所以——看起来我们几乎总是可以(也就是说，在未来很长一段时间)制造大量的玻璃(原则上)。那么，为什么不使用玻璃作为结构元素呢?众所周知，它通常过于脆弱。GE某一特定等级石英的杨氏模量为71 GPa。值得注意的是，玻璃纤维的强度可以超过20gpa !但这需要特殊的环境和特殊的玻璃纤维来实现。

如果冰的断裂力学和硅的断裂力学之间存在某种联系，那么对以冷冻水为基质的复合材料的研究可能与未来对以硅为基质的复合材料的研究有关。是否有连接连接到每一个的四面体键这是它们结构的基础?基于化学键的顺序参数(无论是h键还是共价键，对于这两种材料)在断裂力学中起作用吗?可能会有机械师来回答这个问题?万博体育平台

也许能源规模太不相同了。粗略地说，氢键是3-6千卡/摩尔，共价键当然是100千卡/摩尔。有没有一个固体力学的吉恩·斯坦利(Gene Stanley)会笑着告诉我，就普遍行为而言，力学是非常相似的，但引起冰与硅的力学变化所需的力的大小当然是完全不同的?

如果世界上有冰研究人员愿意合作，我可以重新利用我几年前的想法。有各种有趣的纳米颗粒，它们在水中分散良好，具有良好的h键结合能力。请与我联络r-ruoff@northwestern.edu如果感兴趣。我们需要的是一个冰实验室，在那里可以进行正确的力学测量。形成非晶态冰的能力以及用纳米压痕等方法进行测试的能力也可能是相关的。

最后，我并不是说Pykrete是一种含有少量填料的冷冻水纳米复合材料!但从纳米填料的小比例限制方面来看，我们仍然可以从中学到一些东西……比如一种叫做纤维素的纳米填料。