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人造“超材料”具有惊人的力学性能

 

 

(科学潮流博客内)一个科学术语既冷酷又精确是非常罕见的,但“超材料”这个词可能刚好符合要求。尽管它们是由小型,如棒、圆或杆等普通建筑模块制成,超材料通常具有自然界中不具备的引人注目的特性。

科学家们以前就创建了比普通材料更高效,能够在相反的方向弯曲电磁波,如微波的超材料。研究人员还在试图利用超材料制备所谓的隐形斗篷,其中某些颜色的光会直接通过超材料的周围,使其更难看到。

研究人员还可以创建具有非常不同寻常的机械性能的超材料,就像今天在美国物理学会在圣安东尼奥的会议中展示的那样。例如,当你以一定的力挤他们时,在不同的时间下,他们可以以不同的速度溃缩。

哈佛的Katia Bertoldi拥有一个多孔塑料超材料,看上去像一个粉红色的四子棋木板,其孔具有规律的重复排列。当挤压材料,一些洞成了水平的椭圆,就像你在普通材料中预想的那样。但挤压时,其他孔洞会成为垂直椭圆,因为超材料的独特设计方式。当Bertoldi进一步的挤压材料,一些水平的椭圆将变换成垂直的椭圆,反之亦然。这使超材料比普通的材料具有非常不同的机械性能。

Bertoldi提到,一款最近发布的跑鞋,被称为Under Armour Micro Glove Volt,为了拉伸时具有更好的舒适性,其上部的“舌尖”处应用了超材料。 Bertoldi还展示了机械超材料的影片,相比于普通材料,超材料能够更好地防止一个鸡蛋落到其上面发生破裂。

荷兰莱顿大学的Bastiaan Florijn表明他说的是第一个“可编程”的超材料。这又是一个多孔的塑料材质,这一次用夹子控制压力。你可以根据它的设计和夹具的排列,来调整挤压时超材料的压缩方式。他说,这种设计的未来应用之一可以是具有可变刚度的汽车保险杠。当您在停车位倒车,一旦它与儿童接触,保险杠可以像枕头一样软,但在高速公路上它可以是非常刚性的,以在碰撞中保护乘客。

最后,加利福尼亚技术研究所的Lucas Meza展示了一种陶瓷制成的微观超材料,是一种普通的类似非金属固体材料,例如,可以用来修补餐盘,咖啡杯等。而普通陶瓷是脆的,当你摔它们时会粉碎,这些微小的陶瓷超材料是轻软的,所以当你挤他们时,他们略微压缩然后弹回自己平常的形状。他们的秘诀就在于它们是由重复的几何结构构成,可以以与普通陶瓷材料不同的方式分配压力。Meza并没有预想这些材料用于可弹跳的咖啡杯,而是预见了更高端的应用,如用于航天器的更好的耐热陶瓷瓦,不易碎裂的大容量电池,以及用于组织工程的更好的生物支架。

因此在未来几年,希望能看到一些有以前看不到的机械性能的超材料出现,因为所有的科学和工程都开始有点“特异”。

 

新材料在线编译整理——翻译:王晶晶     校正:摩天轮

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