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研究成果:多种属性的新型材料,可用于各类场景

2020-11-25 14:09
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四种力学超材料

那么,究竟是一种怎样的材料才能赋予赛车这种能力?

研究人员将这种新型材料称为“力学超材料”(mechanical metamaterials),之所以将其命名为“超材料”,是因为它们的宏观特性不同于其组成材料的微观特性。

在这项工作中,他们创建了四种不同类型的微型子单元,也称为体素(Voxels),分别为刚性力学超材料(Rigid mechanical metamaterial)、柔顺力学超材料(Compliant mechanical metamaterial)、拉胀力学超材料(Auxetic mechanical metamaterial)和手性力学超材料(Chiral mechanical metamaterial)。

图 | 四种体素,其中灰色为“刚性”体素,紫色为“柔顺”体素,橙色为“拉胀”体素,蓝色为“手性”体素。(来源:Science Advances)

体素由注射成型的聚合物的扁平框架组装而成,由小及大,可以组合成三维形状,进而连接到更大的功能结构中,它们大多数会呈现出一个开放的空间,提供了一个极其轻便但坚硬的组装框架。其中,每种类型的体素都表现出了自然材料所不具备的特殊性质。

“刚性”(rigid)体素具有高强度、低重量的特点。

(来源:Science Advances)

“柔顺”(compliant)体素的泊松比为零,有点类似于膨胀特性。但在这种情况下,当材料被压缩时,材料侧面形状不会改变。很少有已知的材料可以表现出这种性能。如今,研究人员可以通过新方法来生产这种材料。

(来源:Science Advances)

“拉胀”(auxetic)体素具有一种不寻常的特性。当它被压缩时,立方体材料实际上不是向侧面膨胀,而是向内膨胀。这是第一次通过传统和廉价的制造方法生产并展示出这种材料。

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