Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Shear thickening fluids based on nanosized silica suspensions for advanced body armour

Wierzbicki Ł., Danelska A., Olszewska K., Tryznowski M., Zielińska D., Kucińska I., Szafran M., Leonowicz M.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 4

241--244

EN

Composite structures built of para-aramid fabric and shear thickening fluid (STF) are developed in the light of their potential application in smart body armour. The study reports on the rheological behaviour of nanosized silica suspensions. Depending on the oligomer chemical structure and molecular weight, we observe different behaviour under shear stress. The STF composed of PPG400 and containing various volume fraction of FS showed good time stability. The compositions containing 6.5 and 11.7 vol. % of silica maintain their rheological properties, although the composition with the highest concentration of solid phase lost about 20% of its maximum viscosity value after 40 days in a closed vial. The addition of colloidal shear thickening fluids to para-aramid woven fabric (Twaron® CT709) showed enhanced ballistic penetration resistance of the elaborated system for Parabellum 9mm bullet.

PL

Struktury kompozytowe na bazie tkanin paraaramidowych oraz cieczy zagęszczanych ścinaniem są opracowywane z myślą o zastosowaniu ich przy budowie inteligentnych pancerzy pasywnych. Przedstawione badania pokazują, jak zmieniają się właściwości reologiczne zawiesin koloidalnych na bazie nanokrzemionki w zależności od chemicznej struktury oligomeru, jego masy cząsteczkowej oraz stężenia fazy stałej. Dla cieczy zagęszczanych ścinaniem o różnych stężeniach nanokrzemionki przedstawiono wyniki testu stabilności właściwości reologicznych po 40 dniach od wytworzenia. Kompozycje o stężeniu 6,5 i 11,7% objętościowych fazy stałej wykazują stałe właściwości reologiczne w badanym czasie. Krzywa lepkości dla cieczy dylatancyjnej zawierającej 17,7% objętościowych fazy stałej posiada ten sam charakter w dniu wytworzenia oraz po 40 dniach, jednak maksymalna wartość lepkości uzyskana dla cieczy po 40 dniach jest mniejsza o około 20%. Kompozyty wytworzone na bazie cieczy koloidalnej o właściwościach dylatancyjnych oraz tkanin paraaramidowych (Twaron® CT709) wykazują zwiększoną wytrzymałość balistyczną w stosunku do czystej tkaniny paraaramidowej dla pocisku Parabellum 9 mm.

2

Wpływ stanu powierzchni i morfologii nanoproszków ZrO2 na proces ich upłynniania

Danelska A., Szafran M.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 1

48-52

PL

Skuteczny proces upłynniania ma kluczowe znaczenie w optymalizacji koloidalnych metod formowania nanoproszków ceramicznych. Dobór efektywnie działającego upłynniacza opiera się na głębokiej znajomości morfologicznych i powierzchniowych właściwości nanoproszku. W niniejszej pracy analizowano wpływ wspomnianych czynników na możliwość efektywnego upłynniania wodnych zawiesin nano-ZrO2 za pomocą D-fruktozy. Nanoproszek dwutlenku cyrkonu charakteryzuje się dużym potencjałem aplikacyjnym w wielu dziedzinach nowoczesnej technologii, stąd potrzeba opracowania skutecznych metod jego formowania. W pracy przedstawiono właściwości powierzchniowe i morfologiczne dwóch wybranych nanoproszków ZrO2 (3% mol. YSZ), które w toku badań były dyspergowane w wodnych roztworach D-fruktozy o różnych stężeniach. Uprzednio przeprowadzone badania wykazały, że D-fruktoza jest skutecznym upłynniaczem zawiesin zawierających nano-Al2O3. Te obiecujące rezultaty próbowano "przenieść" na zawiesiny nano-ZrO2, jednak D-fruktoza miała zupełnie inny wpływ na ZrO2 niż na Al2O3. Ponadto, nanoproszki dwutlenku cyrkonu zakupione u różnych producentów zachowywały się zupełnie inaczej pod wpływem dyspersji w wodnych roztworach D-fruktozy. O ile różnice w zachowaniu ZrO2 i Al2O3 można tłumaczyć różną naturą chemiczną obu substancji, o tyle znaczące różnice zachowania w obrębie proszków wywodzących się z jednego tlenku są znacznie trudniejsze do wyjaśnienia. Założono, że źródłem obserwowanych różnic w zachowaniu nanoproszków ZrO2 są ich różne właściwości morfologiczne i powierzchniowe.

EN

An effective deflocculation process is crucial in the optimization of colloidal processing in advanced ceramics manufacturing. The deep knowledge of morphological and surface properties of the nanopowders is necessary to choose effectively working deflocculation agents. The collection of the above-mentioned factors is studied in this work in terms of their influence on deflocculation of nanozirconia suspensions by the D-fructose addition. Nanozirconia ceramics possess the high applicable potential in many fields of the modern advanced technology. Therefore, there is a pressing need to develop some efficient methods of nanozirconia shaping. The work presented deals with some morphological and surface properties of the selected nanozirconia powders, both of them were yttria-stabilized powders (3 mol.% of Y2O3). The powders were dispersed in water – D-fructose solutions of different concentration. Recently performed studies show that D-fructose is an effectively working dispersant of Al2O3 nanosuspensions. It was attempted to carry these promising results on nanozirconia powders in order to obtain time-stable zirconia nanosuspensions of relatively low viscosity and high solid phase loading. However, it turned out that D-fructose has a totally different effect on nanozirconia. Moreover, it was demonstrated that D-fructose interacts in other way with ZrO2 nanopowders purchased from different manufacturers. While, some differences in the behaviour of ZrO2 and Al2O3 can be excluded by different chemical nature of both substances, insofar as signifi cant differences in behaviour within the powders derived from one oxide are much more difficult to explain. It was assumed, therefore, that the above-mentioned differences in behaviour of nano-ZrO2 powders originate from their morphological and surface properties which were intensively studied in this paper.

3

Surface properties of nanoceramic powders

Danelska A., Szafran M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1077-1077

EN

The paper focuses on selected fragment of nanopowders surface studies made by author. The studies presented consist of viscosity measurements of ceramic slurries and ionic conductivity and pH determination of supernatants obtained by using of nanozirconia suspensions centrifugation. Three different nanozirconia powders were chosen to compare the influence of D-fructose on the viscosity of nano-ZrO2 suspensions. Then the powders were centrifuged with water to leach soluble counter-ions. It was proved that the leaching has a SIGNIFICANT effect on the viscosity of nano-ZrO2 suspension.

PL

Zaawansowana ceramika stawia coraz wyższe wymagania dotyczące jakości stosowanych materiałów. Poza założonym składem chemicznym i ściśle określonymi parametrami morfologicznymi, syntetyczne proszki ceramiczne powinny charakteryzować się odpowiednimi właściwościami powierzchniowymi, które determinują ich zachowanie na różnych etapach procesu ceramicznego. Powierzchnia proszków różni się zarówno pod względem chemicznym jak i fizycznym od ich objętościowej charakterystyki. Szczególnym przypadkiem są tutaj nanoproszki – stan ich rozwiniętej powierzchni ma szczególny wpływ na zachowanie materiału. Właściwości powierzchniowe nanoproszków mają kluczowy wpływ na proces ich formowania, zwłaszcza w metodach wykorzystujących ceramiczne masy lejne. Stan powierzchni znacząco wpływa na oddziaływania międzyziarnowe, oraz na oddziaływania między fazą stałą a fazą ciekłą złożoną z rozpuszczalnika i odpowiednich dodatków. Aby uzyskać stabilną zawiesinę nanoproszku o pożądanych właściwościach reologicznych należy dokładnie poznać powierzchnię materiału, by w razie potrzeby móc zmodyfikować jej niekorzystny wpływ. Jako przykład mogą posłużyć nanoproszki, które zawierają zaadsorbowane na powierzchni resztkowe grupy węglowe będące pozostałością po etapie syntezy. Taka pokryta węglem powierzchnia jest bardziej hydrofobowa i kwasowa, co znacząco wpływa na zachowanie proszku w wodnej zawiesinie. W zależności od tego, co znajduje się na powierzchni proszku, możliwa jest odpowiednia manipulacja jego własciwosciami i zachowaniem w zawiesinach.

4

Diatoms as a source of new materials

Konopka K., Danelska A., Szafran M.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 4

521-524

EN

Diatoms are unicellular eukaryotic algae which can be found in almost all aqueous and humid environments. Characteristic features of diatoms is that their frustules have a unique morphology (in particular, the pattern of nanostructures, such as pores, ridges, areoles and other forms), and their cell walls are made of silica (hydrated silicon dioxide). Because of this specific morphology, diatoms can be used for manufacturing bio- or chemical sensors, membranes, biotemplates, biocapsules, carriers, or even nanoreactors. For certain applications, diatoms have to be processed and sintered. The paper presents some initial results obtained in experiments on the consolidation of diatoms. In particular, attention was paid to the preservation of the nanopores that naturally exist in diatoms, since the nanopores present in bulk materials inside the sintered grains can enhance fracture toughness. The diatoms and bulk materials obtained by pressing and sintering were examined by scanning electron microscopy (SEM). The SEM observations revealed the effects of sintering of diatoms and changes of their morphology. The diatoms were treated as a powder, i.e., they were consolidated by die pressing and then sintered. After the process of consolidation, most of the pores naturally existing in diatoms were closed. The results suggest that because of their highly diversified shapes the diatoms cannot be uniformly consolidated by die pressing. The highest relative density achieved was 83 %.

PL

Okrzemki to jednokomórkowe, eukariotyczne algi, które można znaleźć w niemalże wszystkich środowiskach wodnych i wilgotnych. Charakterystyczną cechą okrzemek jest to, że ich skorupki mają unikalną morfologię (w szczególności stanowiącą wzór nanostruktur takich jak pory, grzbiety, otoczki i inne formy), a ich ściany komórkowe złożone są z krzemionki (uwodniony ditlenek krzemu). Z powodu tej specyficznej morfologii, okrzemki mogą być wykorzystane do wytwarzania biosensorów, czujników chemicznych, membran, bioszablonów, biokapsuł, nośników lub nawet nanoreaktorów. W przypadku pewnych zastosowań, okrzemki muszą być przetwarzane i spiekane. Artykuł przedstawia niektóre wstępne wyniki uzyskane podczas doświadczeń zawiązanych z konsolidacją okrzemek. W szczególności, zwrócono uwagę na zatrzymywanie nanoporów, które w sposób naturalny występują w okrzemkach, ponieważ nanopory obecne w materiałach masywnych wewnątrz spieczonych ziaren mogą podwyższać odporność na pękanie. Okrzemki i masywne materiały, otrzymane drogą prasowania i spiekania, badano za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM). Obserwacje SEM ujawniły skutki spiekania okrzemek i zmiany ich morfologii. Okrzemki były przetwarzane jak proszki, tzn. były konsolidowane drogą prasowania w matrycy i następnie spiekane. Po procesie konsolidacji większość porów naturalnie istniejących w okrzemkach uległa zamknięciu. Uzyskane wyniki sugerują, że okrzemki nie mogą być jednorodnie konsolidowane za pomocą prasowania w matrycy z powodu ich skrajnie zróżnicowanych kształtów. Najwyższa wartość gęstości względnej, którą uzyskano, wynosiła 83 %.

5

Rheological behavior of nanosized silica suspensions

Żmigrodzki T., Danelska A., Wierzbicki Ł., Leonowicz M., Szafran M.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

784-786

EN

Various silica suspensions were synthesized. Presented studies revealed that the silica fumed dispersed in ethylene glycol does not demonstrate shear thickening properties; it is rather a shear thinning liquid. In the case of the biogenic amorphous silica (BAS) dispersed in dipropylene glycol (DPG) the effect is discontinuous while the silica LUDOX suspended in ethylene glycol (EG) indicate continuous viscosity value under critical shear rate. However, the BAS silica demonstrates 100 times higher viscosity values (26000 mPas) than those presented by the LUDOX suspended in EG(260 mPas), but the maximum properties appear at the 5 times smaller shear rate. The shear thickening fluids are developed in the light of their application in smart body armour.

PL

Przeprowadzono syntezę zawiesin na bazie krzemionek. Prezentowane badania wykazały, że krzemionka zdyspergowana w glikolu etylenowym wykazuje właściwości rozrzedzania ścinaniem (rys. 2). W przypadku krzemionki BAS zdyspergowanej w DPG uzyskano efekt zagęszczania ścinaniem, nie jest on jednak ciągły (rys. 3). Natomiast krzemionka LUDOX zawieszona w EG wykazuje ciągły wzrost lepkości po przekroczeniu krytycznej szybkości ścinania, jednak wartość lepkości jest 100 razy mniejsza (260 mPas), niż ta uzyskana w przypadku krzemionki BAS zawieszonej w DPG (26000 mPas) (rys. 4). Krzemionka LUDOX zdyspergowana w EG wykazuje maksymalne właściwości przy 5 razy większych szybkościach ścinania, niż krzemionka BAS zdyspergowana w DPG. Ciecze zagęszczane ścinaniem są opracowywane z myślą o zastosowaniu ich przy budowie inteligentnych pancerzy pasywnych.

6

D-Fructose in Deflocculation Process of Nano-ZrO2 Powders

Danelska A., Szafran M., Bobryk E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

1029-1034

EN

The purpose of these iiwestigations was to obtain well-dispersed, unviscous ceramic slurries with zirconia nanopowder as solid phase and monosaccharides as dispersants. The as-obtained slurries should have high solid phase concentration and should be of Iow viscosity, just to be easily processed for example in slip casting process. High concentration of solid phase results in dense, strength products with desirable microstructure. In the research two different zirconia nanopowders were ńwestigated - the first, with an average particie size of 17nm (CEREL) and the latter, with an average particie size of 44nm (Inframat Advanced Materials). Rheological properties of ceramic slurries were tested.

PL

Celem przeprowadzonych badań było otrzymanie dobrze upłynnionych ceramicznych mas lejnych zawierających nanopro-szek dwutlenku cyrkonu jako fazę stałą i wodny roztwór cukru prostego, D-fruktozy, jako substancję upłynniającą. Pożądanymi właściwościami tak uzyskanych mas powinno być m.in. wysokie stężenie fazy stałej i względnie niska lepkość, która ułatwiałaby formowanie elementów z tychże mas. Dzięki wysokiemu stężeniu fazy stałej, możliwe byłoby zaś, otrzymanie dobrze zagęszczonych produktów o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej i pożądanej mikrostrukturze. W przedstawionych badaniach użyto dwóch nanoproszków ZrC>2 - proszku o średniej wielkości ziarna 17nm, firmy CEREL, (Boguchwała, Polska), i proszku o średniej wielkości ziarna 44nm, firmy Inframat Advanced Materials, (Farmington, USA). Przedmiotem artykułu były badania reologiczne ceramicznych mas lejnych zawierających wymienione proszki oraz dodatek D-fruktozy w postaci wodnego roztworu.