首页 科技内容详情
Nature:“反牛顿”的高科技版“软猬甲”问世,一作为华人科学家

Nature:“反牛顿”的高科技版“软猬甲”问世,一作为华人科学家

分类:科技

网址:

反馈错误: 联络客服

点击直达

AllbetAPP下载

欢迎进入AllbetAPP下载(www.aLLbetgame.us),欧博官网是欧博集团的官方网站。欧博官网开放Allbet注册、Allbe代理、Allbet电脑客户端、Allbet手机版下载等业务。

,

文丨学术头条,作者丨郝景,编审丨寇建超

看过《射雕英雄传》的你或许知道,黄蓉身上有一件桃花岛的“镇岛之宝”,穿在身上不仅刀枪不入,更能以刺伤人,欧阳克轻触便以为双手刺痛,而郭靖紧抱时却平安无事,这就是泛起在许多武侠小说中的“神衣”软猬甲。

软猬甲的原型是三国时期的一种用油浸渍的藤甲,后因加入金属丝而变得加倍坚硬,从而在战争中到达防御的效果。

与软猬甲特点相似、但泛起更早的铠甲是链甲,它是由一个个铁环环环相扣而成,具有密度高、耐砍、耐劈、柔韧等特点,那时普遍地存在于古代各文明国家的军队中。

(泉源:Pixabay)

现在,“软猬甲”在现代人手中获得了加倍广漠的生长。

来自加州理工大学、南洋理工大学的科学家们就设计了一种现代“软猬甲”,即一种由 3D 打印的聚合物元素(而非织物)联锁而成的面料(类似链甲)。这种面料能在柔软和坚硬的形状间逐渐切换:由于互锁颗粒而具有高抗拉强度,仅在小的外部压力下(93 kPa,约莫为 0.93 kg)就会变得比松懈状态下强硬 25 倍;而处于自然状态时,这种面料易弯折,能披挂在庞大物体外面。

而且,基于这种面料获得的结构,最大载重量可达自身重量的 30 倍以上。

8月12 日,相关研究论文以“Structured fabrics with tunable mechanical properties”为题在线揭晓在权威期刊 Nature 上。加州理工学院机械工程和应用物理学教授 Chiara Daraio 为论文的通讯作者,华人科学家 Yifan Wang、Liuchi Li 为论文的配合第一作者。

(泉源:Nature)

在同时揭晓在 Nature 上的谈论文章中,质料力学科学家 Laurent Orgéas 评价道,这种质料有望用于制造面向生物医学、运动或军事应用的外骨骼,或是搭建暂且性逃亡所等

“吃软不吃硬”

通俗面料和织物的特征通常由材质的自然特征和编织结构配合决议,而智能面料是指具有顺应性的材质,好比可凭证外在刺引发生改变的材质。

此次研究中的链甲的神奇之处在于:当它穿在身上时,柔韧且可以紧贴皮肤;而当它受到外力的作用时,却可以坚硬无比。

这不得不让我们遐想到“口香糖开椰子”的神操作。把嚼过的口香糖捏成圆锥状立在桌子上,当椰子从高处砸下后,本以为会被压扁的口香糖却毫无转变,反而椰子壳被开了一个洞。

(泉源:Pixabay)

事实上,这种违反知识的事情在生涯中却习以为常。

好比做饭时经常用到的淀粉,当你将淀粉溶液放在手上时,它会像所有流体一样从指缝中流走,而使劲握住它时,又会变得异常坚硬。在淀粉溶液做成的泳池中,人们甚至可以演出“轻功水上漂”。

这就是“吃软不吃硬”的非牛顿流体,又称为剪切增稠流体。顾名思义,非牛顿流体在受力较缓慢的情形下,发生的阻力较小;在受力较大时,就会发生较大的阻力。

世界杯预选赛2022赛程第一轮www.9cx.net)实时更新比分世界杯预选赛2022赛程第一轮数据,世界杯预选赛2022赛程第一轮全程高清免费不卡顿,100%原生直播,世界杯预选赛2022赛程第一轮这里都有。给你一个完美的观赛体验。

这就是非牛顿流体出现的流体塑性和固体刚性行为,而此次研究中的链甲也具有同样的性子。

为什么能这么“硬”?

由于具有特定性能质料需求的日益增进,调整和细化质料的化学和纳米结构已经无法知足需要,因此“结构化”质料应运而生。

此次研究中的“链甲”是一种由两层互锁颗粒组成的结构化织物。据论文形貌,这种织物质料在围压下会履历一个相变(堵塞转变),从而改变其机械性能,由柔软的纺织品酿成坚硬的外壳。

事实上,这种“链甲”的高强度泉源于其在负载下显示出的一种堵塞转变,将它们从软力学变为硬力学。

研究职员重新审阅了“链甲”的机制,重点研究了堵塞过渡。研究效果解释,使用围压作为驱动力,可以从基本上改变这种织物的拉伸和弯曲性能,而且这种转变是可逆的。

当研究职员将这种质料放入一个柔软的密封塑料袋中并抽出空气时,发生的围压足够大,足以触发织物的堵塞转变。

(泉源:该论文)

为了明白导致弯曲刚度增添(链甲在受力下变硬)的基本机制,研究职员使用数值模拟研究了颗粒之间的微观结构相互作用和位移。通过构建空心八面体粒子的“数字孪生体”来模拟织物,然后对其举行复制和重新排列。

作为对比,研究中接纳了由相同空心八面体组成的没有拓扑互锁结构的的组件举行相同的虚拟实验。效果解释,互锁织物在相同的围压下显示出更高的弯曲模量(约莫高 3 倍)。

这可归因于拓扑互锁结构引起的颗粒之间的拉伸阻力,这种阻力在松散的颗粒群整体中是不存在的。

(泉源:该论文)

为了探索颗粒几何形状和堵塞结构的机械性能之间的关系,研究职员设计了另外五种三维颗粒几何形状,并组织了响应的互锁织物,并行使验证过的最小二乘离散元模子研究这些织物在三点弯曲试验下的力学响应。

效果解释,在某一起始值 Z0(Z0 界说为粒状结构结构刚性所需的临界接触数)之后,表观弯曲模量随着平均接触数单调增添。

作为对照,研究职员还模拟了由互锁的环形和方形颗粒组成的经典链甲层的两层堆叠,来自这些经典的链甲层的效果也遵照先前考察到的幂律缩放。

应用场景普遍

据论文形貌,这种结构织物具有很好的形成可重构性,就像纸一样可以弯曲折叠,或者牢靠成需要的形状,好比像桥一样的拱形。

在牢靠成某种形状后,织物仍具有承重能力。研究职员将织物放置成平板形和拱形而且施压,效果解释,由此发生的结构具有机械刚性,能够遭受跨越自身重量 30 倍的载荷。

(泉源:该论文)

这种成形能力对于可穿着应用和可重构结构尤其主要,或将预示穿着式可重构结构的灼烁远景。

事实上,3D 打印作为一种成熟的加工方式,可使得这种“链甲”织物应用得更为普遍,让“软猬甲”真正地泛起在现代社会中

除了有望用于制造“面向生物医学、运动或军事应用的外骨骼”,还可以搭建暂且性逃亡所,以及用于防弹衣等防护性应用等。

未来,若是这种织物形成大面积普及,届时人人都拥有一件“软猬甲”,我们就可以在一样平常生涯中免受许多意外危险,好比车祸等。

岂非,这样的“软猬甲”你不想来一件吗?

  • 手机新2管理端 @回复Ta

    2021-08-27 00:41:47 

    usdt第三方支付平台www.caibao.it)是使用TRC-20协议的Usdt第三方支付平台,Usdt收款平台、Usdt自动充提平台、usdt跑分平台。免费提供入金通道、Usdt钱包支付接口、Usdt自动充值接口、Usdt无需实名寄售回收。菜宝Usdt钱包一键生成Usdt钱包、一键调用API接口、一键无实名出售Usdt。

    收藏评论,一气呵成

  • ug环球会员开户(www.ugbet.us) @回复Ta

    2021-10-11 00:01:39 

    欧博网址(Allbet Gaming):(www.aLLbetgame.us),欧博网址开放会员注册、代理开户、电脑客户端下载、苹果安卓下载等业务。

    心情阳光明媚啊

    • 澳洲5官网(a55555.net) @回复Ta

      2021-10-11 00:55:54 

      usdt APIwww.caibao.it)是使用TRC-20协议的Usdt第三方支付平台,Usdt收款平台、Usdt自动充提平台、usdt跑分平台。免费提供入金通道、Usdt钱包支付接口、Usdt自动充值接口、Usdt无需实名寄售回收。菜宝Usdt钱包一键生成Usdt钱包、一键调用API接口、一键无实名出售Usdt。

      情节滚瓜烂熟了

发布评论