美国研究人员开发了可微观设计的能量吸收材料

必发365登录入口2016年12月2日讯  像固体凝胶和多孔泡沫这样的材料可以作为填充物和缓冲物,但它们都有各自的优缺点。固体凝胶是有效的填充物质,但其相对较重;凝胶性能还会受温度的影响,另外由于其没有孔隙结构导致它只能在一个有限的范围内进行压缩。多孔泡沫则更轻、更易压缩,但它们的性能并非始终如一,这是因为无法在泡沫生产过程中精确地控制孔隙(或气泡)的大小、形状和位置。

美国研究人员开发了可微观设计的能量吸收材料,PEEK,必发365赌场登录高塑,硅胶,缓冲材料

美国研究人员开发了可微观设计的能量吸收材料

为了克服这些限制,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的一个由工程师和科学家组成的团队已经找到一种方法——叠加式制造(3D打印技术),从微米尺度上设计和制造新型缓冲材料,这种方法很容易进行编程设计,制成的产品在性能上超出了材料物质组成的限制。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员运用硅基油墨通过3D打印技术制造出了可编程设计的具有机械能量吸收特性的硅胶缓冲物质。

该研究成果已经作为一篇论文发表在《新型功能材料》杂志上了。

以工程师埃里克·多斯和科学家汤姆·威尔逊为首的利弗莫尔研究人员侧重于利用硅基油墨印刷固化后形成类似橡胶的材料,来创造一种具有微架构的缓冲物质。在印刷过程中,油墨沉积堆叠成一连串的单层水平排列的细丝(可细如人的头发)。第二层细丝是在与第一层相垂直的方向上排列的。然后就是不断重复这个过程,直到其达到了我们所期望的高度和孔隙结构。

LLNL(劳伦斯利弗莫尔国家实验室)的研究人员构造了两种不同的物质结构,一种是内嵌堆叠结构,而另一种是交错结构(如图所示)。当这两种结构采用相同的组成材料进行构造,并且具有相同的孔隙度时,它们各自在压力和切变力测试下的表现却完全不同。叠层结构在压缩之后会变得更硬,并且在持续压缩之后,会造成屈曲失稳。交错结构在压缩后则变得更柔软,在持续压缩之后顶多也只会弯曲变形而已。叠层结构的材料的构成是坚固的网格,这使得它面对压力时会产生更大的阻力,而交错结构在每条细丝之间会有空隙,这会使它面对压力时产生相对较小的阻力。

在LLNL的工程师托德·威斯格伯的帮助下,该团队已经能够模拟和预测每种结构体系在压力和切变力下的性能表现。由于泡沫材料的无规则结构导致这一技术将很难或不可能对其模拟和预测。

研发工程师兼主要创始人埃里克·多斯说“这种材料在超高分辨率的微观尺度上达到规定的排列方式的能力是独一无二的,它为业界提供了一个前所未有的制造规范水准”。

研究人员设想将这些新的能量吸收材料应用在更多方面,包括鞋子和头盔的衬垫,精密仪器的防护材料,并且能够应用于航空航天仪器上用来抵抗和消除温度剧烈波动和机械振动带来的不利影响。

美国研究人员开发了可微观设计的能量吸收材料,PEEK,必发365赌场登录高塑,硅胶,缓冲材料

上一篇:创新:美国研制出新型机器人布料 帮助机器人拥有触觉的皮肤 下一篇:神奇的材料:能保护隐私的光控膜
微信二维码
微博二维码
必发365平台登录 | 吉ICP备16003777号-1 | 技术支持:Blovemedia