震動是造成機械與建築物損傷的原因之一,且噪音會對人體與環境帶來影響,因此除了剛性與耐負重性之外,可減緩噪音的制震材料有其必要。目前既有作法是採用發泡材、橡膠、彈簧、阻尼器等衰減材料或零件,當產品重量跟尺寸增加,價格亦隨之提升。全球對於具備高剛性與優異耐負重性,同時又具備有效內部衰減功能之材料具有高需求,然而這兩種特性通常無法相容並存,因此製作並非易事。
瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH)開發出兼具高剛性與高衰減性能的複合材料,一般而言這兩種特性無法同時存在於同一材料。ETH採用了將聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane; PDMS)混合物予以架橋的手法,以類似極薄橡膠的層連接,形成硬質材料層組成的複合材料,開發出兼具兩種特性的材料。初期試作品以厚度僅數百奈米、類似橡膠的層,將厚度0.2~0.3 mm的矽氧樹脂與玻璃板連結在一起。經各種測試發現此複合材料具備了期望的特性。
研發團隊利用電腦模擬計算連結層最佳厚度,以同時實現複合材料的高剛性與衰減性。計算結果顯示衰減聚合物層佔材料整體體積不足1%,而硬質玻璃與矽氧樹脂層最少需要佔99%。可知聚合物層太薄則衰減效果幾乎為零,太厚就無法得到足夠的剛性。硬質層使用了智慧型手機用的玻璃材料,聚合物層則使用含有化學反應性部位的市售PDMS基材混合物。透過添加觸媒將兩層結合,形成聚合物網絡,橡膠般的聚合物層即如同雙劑型密封膠將堅硬的板子接合在一起。
研發團隊將新複合材料從25公分的高度落下,並與相同尺寸的玻璃板進行聲響性與機械性的衰減比對。結果顯示新複合材料有優異的衰減特性與安定性,可望應用於玻璃窗、機械框體、車用零件、航太、感測器等對高制震材料有高度需求的領域。此外,玻璃與矽氧的回收簡單,只須溶化聚合物即可分解,不影響回收製程。