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美國科學家開發出更堅固的3D打印復合材料
  2018-07-13 15:14 來源: 打印此頁 關閉此頁  
   
 

兩年前,普渡大學的研究人員受七彩螳螂蝦的啟發開發出了一種新型的具有超強性能的3D打印材料。近日,研究人員與加利福尼亞大學河濱分校合作,旨在開發出一類新型具有超韌性能的材料。

七彩螳螂蝦可以輕松的擊敗甚至粉碎其它裝甲獵物(主要是軟體動物和螃蟹),這些獵物的耐損傷性和優異的機械性能也是眾所周知的。但是七彩螳螂蝦可以像.22口徑子彈一樣快速地擊打,并且擁有令人難以置信的力量。

研究發現,許多海洋甲殼動物殼和昆蟲外骨骼中都含有纖維物質,并且排列成類螺旋狀樓梯的螺旋結構。“這種機制以前從未被詳細研究過”Zavattieri說。“我們發現,隨著裂紋的發展,裂紋擴展的驅動力逐漸減小,促進了其他類似機制的形成,從而防止材料突然崩潰。我認為我們終于可以解釋為什么材料如此強硬。“在實驗方面,我們使用現有的材料驗證了這一理論的復合材料。”

普渡大學博士生Nobphadon Suksangpanya;加州大學河濱分校的博士生Nicholas A. Yaraghi;加州大學河濱分校化學與環境工程與材料科學與工程教授David Kisailus;Zavattieri在“生物醫學材料力學行為雜志”和“國際固體與結構雜志”雜志上發表了兩篇關于他們精彩作品的論文。

之前的研究發現,螺旋結構的設計可以承受重復的高速沖擊。當裂紋形成時,他們遵循扭曲模式,而不是直接在結構上擴散,導致斷裂。加州大學河濱分校的電子顯微鏡拍攝的圖像顯示,當材料遭受沖擊時,它不會形成單個裂紋繼續傳播,而會形成許多較小的裂縫,吸收并消散材料遭受撞擊時的能量。研究人員創建并測試了以這種行為為模型的3D打印復合材料,利用相機和數字圖像相關技術捕獲裂紋行為,以研究材料變形形態。

Zavattieri說:“我們正在建立復合材料的新機制。傳統上,當我們生產復合材料時,我們將纖維放在一起,但這并不是最好的,而大自然正在教會我們應該如何去做。這些發現可以幫助我們開發出更輕、更堅固和更堅韌的材料,用于包括航空航天、汽車和體育在內的許多應用。”

 
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