生物玻璃封装的RFID设备非常适合追踪宠物，但不太适合追踪撞头的动物。如何使生物玻璃胶囊不那么脆?信贷:Godwingk, YouTube
电子收费设备、库存控制标签和宠物“芯片”有什么共同之处?所有公司都使用射频识别(RFID)转发器来存储和传输重要信息。
RFID设备在数据存储应用中被广泛使用，因为它们比条形码有更大的内存。在RFID设备中，应答器通过电子阅读器发出的电磁无线电波接收电力，然后应答器将所请求的信息发回给阅读器。
你可能会认为这篇博文是关于用于RFID设备的一些很酷的新陶瓷。但事实并非如此。它是关于用来保护设备的容器。具体来说，生物玻璃胶囊保护用于标记动物的RFID设备中的应答器。
你可能见过牲畜耳朵上有标签的照片。对于生活在自然栖息地的高度活跃的动物，如家庭宠物和大型动物，这些标签的效果不是很好。在这些情况下，RFID设备被植入动物体内。植入的容器不仅要保护设备免受物理损伤和腐蚀，还必须具有生物相容性，以防止伤害动物。
生物玻璃满足了这些要求，生物玻璃封装的RFID设备已经成功地部署在宠物上相当长一段时间。但是生物玻璃的脆性是一个严重的缺点，当植入动物的头部争夺优势，如羊和牛。
不幸的是，关于生物玻璃的机械性能，特别是胶囊结构的信息并不丰富。然而,一个最近发表的文章有助于填补知识空白。
佛罗里达农工大学的研究人员接受了一项挑战，即了解在当地野生动物保护区植入黑羚体内的追踪器失败率高的原因。他们的研究结果发表在最新一期的国际陶瓷工程与科学杂志(IJCES)。
由于陶瓷和玻璃之间的原子键合非常强，这些材料的主要失效模式是裂纹扩展(增长)，以缓解外力引起的内部应力。陶瓷失效测试的一个重大挑战是将材料性能与物理零件的设计和加工条件分离开来。
考虑到应答器设计的复杂性，研究人员选择了三点弯曲失效测试。即使使用特殊设计的夹子和静态加载，他们也注意到生物玻璃胶囊的抗弯强度有很大的变化。
根据胶囊的抗弯强度，以及羚羊在战斗时产生的峰值力，研究人员使用有限元分析得出胶囊内的应力最大值。他们使用了三种不同的力分布模型来表示动物身上可能的力模式:
- 在两根骨头上的一个囊上，为了与外界接触的一个点而进行三点弯曲，
- 力分布在两边广泛接触的胶囊放置在一个平坦的点，和
- 力分布在一侧对两个接触点模拟其他两种情况的混合。
不足为奇的是，所有模型都表明，当施加最大的战斗力时，胶囊中的应力超过了弯曲破坏强度。有趣的是，这三种模型都显示了应力集中在胶囊的末端，即管与半球形帽的连接处。然而，与分布力模型预测的结果相比，胶囊的破裂更多地发生在胶囊的中间。
研究人员提出并测试了胶囊的几种新设计，通过减少内部应力来提高可靠性。一种设计方案在满足应答器尺寸要求的同时，将应力降低到失效强度极限以下。
我选择写这篇文章有几个原因。第一，标题照片很吸引人，立刻引起了我的兴趣。二、应用真实实用。这项工作是一项专注于解决特定挑战并提出可行解决方案的健全工程研究的例证。第三，所采用的方法可以应用于其他领域的类似挑战。(如果特斯拉进行了类似的测试和建模，他们可能会避免这个尴尬的事件．)
基于这些原因，这篇文章对陶瓷工程师有重要的价值，我很高兴ACerS现在有了发表这一水平的研究报告的平台。
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这篇开放获取的论文，发表在国际陶瓷工程与科学杂志，是”了解用于追踪黑羚的生物玻璃8625应答器胶囊的故障(DOI: 10.1002/ces2.10027)。