| 美國(guó)：超材料可從柔性“秒變”剛性 |
| 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 時(shí)間：2018-12-15 8:56:04 用手機(jī)瀏覽 |
美國(guó)研究人員使用機(jī)械超材料（具有自然界中不存在的獨(dú)特機(jī)械性能）開(kāi)發(fā)出一種新型材料，可響應(yīng)磁場(chǎng)從柔性變?yōu)閯傂裕谥悄芸纱┐髟O(shè)備和柔性機(jī)器人中具有廣泛應(yīng)用前景。
當(dāng)前的機(jī)械超材料有著吸引人的特性，如負(fù)熱膨脹，低重量時(shí)的高強(qiáng)度和高剛度。但一旦構(gòu)建完成，其屬性將無(wú)法更改或調(diào)整。美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)圣地亞哥分校共同開(kāi)展的新項(xiàng)目，旨在利用磁場(chǎng)創(chuàng)造一種具有動(dòng)態(tài)可調(diào)機(jī)械特性的機(jī)械超材料，同時(shí)又不會(huì)引起顯著的形狀變化。
他們采用了所謂的4D打印技術(shù)，其得名于3D打印物體可隨時(shí)間改變形狀，時(shí)間是第四維度。通常，這種類型的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)刺激（熱、水化作用或磁場(chǎng)）作出響應(yīng)而改變形狀。
研究人員開(kāi)發(fā)的場(chǎng)響應(yīng)超材料（FRMM）可根據(jù)磁場(chǎng)的變化改變其性質(zhì)。然而，與典型的4D打印材料不同的是，其不會(huì)改變整體形狀，而是改變剛度。
其制造過(guò)程是，首先通過(guò)3D打印制作機(jī)械超材料，該材料由空心梁而非典型的實(shí)心梁構(gòu)成。打印出中空管狀超材料后，將磁流變流體注入梁芯，完成場(chǎng)響應(yīng)超材料的制造。磁流變流體由磁性顆粒構(gòu)成，懸浮在非磁性介質(zhì)中。當(dāng)流體存在磁場(chǎng)時(shí)，磁性粒子沿磁場(chǎng)線排列成鏈，增加了流體的剛度，從而同時(shí)增加了整體結(jié)構(gòu)的剛度。當(dāng)磁場(chǎng)被移除時(shí)，流體表現(xiàn)為液體，能夠自由流動(dòng)。
研究人員表示，這種磁機(jī)械效應(yīng)不僅僅是一個(gè)開(kāi)關(guān)響應(yīng)，結(jié)構(gòu)的剛度還可通過(guò)施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)仔細(xì)選擇管狀結(jié)構(gòu)，場(chǎng)響應(yīng)超材料的機(jī)械性能可在不到一秒的時(shí)間內(nèi)顯示出高達(dá)318%的拉伸剛度。
研究人員認(rèn)為，場(chǎng)響應(yīng)超材料可用作柔性機(jī)器人中的可變剛度接頭，并可集成到智能可穿戴設(shè)備中，這些可穿戴設(shè)備在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下是靈活的，但在檢測(cè)到威脅時(shí)可改變屬性以吸收沖擊或振動(dòng)。
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