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让汽车轻便又抗撞击,这种超材料或许可以做到

CHEN

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在《材料与设计》(Materials & Design)杂志上发表的一篇新论文中,英国格拉斯哥大学团队报告其开发出一种新的板格蜂窝状超材料,这种超材料能够抵抗巨大冲击。这种材料可以开发出更安全、更轻、更耐用的结构,用于航空航天、汽车、可再生能源和海洋工业。

超材料的一种形式被称为板格,是由相交的板层制成的立方体结构,尽管板之间有很大的空间,但表现出异常高的刚度和强度。这些被工程师称为多孔性的空间也使得其异常轻便。

格拉斯哥大学研究人员开始研究由他们开发的塑料-纳米管复合材料制成的新型板栅设计是否能制造出具有更高级刚度、强度和韧性的超材料。

他们的复合材料使用聚丙烯和聚乙烯的混合物以及多壁碳纳米管,即由碳原子构成的细丝。使用纳米工程细丝复合材料作为三维打印机的原料,将细丝融合在一起,建立一系列板格设计。

然后,研究人员从不同高度落下16.7千克的重物对材料进行冲击测试,以确定它们承受物理冲击的能力。

首先,研究小组测试了他们设计和建造的三种典型的板格——一个由三块板相交形成的简单立方体,一个带有额外相交板的更复杂的立方体,以及一个更多面的设计。

然后,他们测试了另外三个“混合”板格。一个混合了上述简单立方体+混合立方体格板的特征;一个混合了简单立方体+多面设计特征;第三个则混合了上述三种典型格板所有的特征。

混合设计融合了所有三种典型板格设计的元素,被证明在吸收冲击方面最有效,聚丙烯版本显示出最大的抗冲击性。

使用一种被称为比能量吸收的测量方法,科学家们用它来确定一种材料相对于其质量吸收能量的能力,研究小组发现聚丙烯混合板栅可以承受19.9焦耳每克——这比基于铝的类似设计的微架构超材料的性能更好。

研究人员表示,“这种新型板栅的一个可能的应用是在汽车制造领域。铝在许多现代汽车设计中都有使用,但新型板栅提供了更大的抗冲击性,这可能使它在未来的应用中非常有用。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127521000691?via%3Dihub

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