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一暴露在磁场中就立即变硬的3D打印超材料

发表时间:2018-12-25 16:47     点击:

科学家又鼓捣出来一种新的超材料。只要将其置于磁场中,超材料原本柔软的质地瞬间变得坚硬。

超材料指的是一类具有特殊性质的人造材料,这些材料是自然界没有的。这种超材料外形上是由塑料管道构成的3维网络,其中管道中充满了流体。当靠近磁场时,流体变得更加粘稠,导致结构整体变硬。在12月7日的《科学进展》网络版上,研究人员报告说,这种材料可被用于制造适应性更强的软体机器人或智能装甲防弹衣。

加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的材料工程师Christopher Spadaccini和他的同事打印出由数段5毫米塑料管拼成的三维晶格结构,然后向塑料管中注入微小铁颗粒和油的混合物。平时,铁微粒在油中随机分布,因此液体是可流动的。一旦靠近磁铁,铁微粒沿磁场线排列,使液体粘稠,晶格变硬。



J.A. JACKSON

大量的铁微粒填充物会使材料本身过于沉重,且造价不菲。共同作者、LLNL的工程师Julie Jackson表示,他们采用的这种管状网络结构,虽然能够占据足够的空间,但本身只是骨骼框架,所以很轻盈。

研究人员测试了由新材料组成的“晶胞”——晶格的单位结构,放在一起可以形成更大的晶格。将晶胞从距离磁铁8厘米远处移动到1厘米远处,其硬度增加了约62%。

大多数具有动态机械性能的超材料至少需要几分钟才能发生性质变化,而他们研发的响应磁场的超材料则完全不同:只需瞬间就能变硬。在未来可能的应用场景中,这种材料可以与电磁场设备备搭配使用。Jackson说,以后用可以调节硬度的材料来制造下一代的运动垫或头盔,能够更好的吸收冲击力。软体机器人可以挤入狭小的空间,但在必要的时候,通过磁场变硬,就能抓取或移动其他物体。
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