蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，由格拉斯哥大學（University of Glasgow）工程師領導的國際團隊以天然材料的細胞結構為靈感，開發(fā)了一種新型輕質3D打印智能建構化材料（smart architected material），能夠感應到自身的結構變化。

（圖片來源：格拉斯哥大學）

該團隊將一種常見的工業(yè)塑料與碳納米管混合，創(chuàng)造出一種比同類傳統(tǒng)材料更堅韌、更牢固、更智能的材料。這種塑料原本不導電，但受益于納米管，可在整個結構中攜帶電荷。當該結構承受機械載荷時，其電阻會發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱為“壓電電阻率”（piezoresitivity），使材料能夠“感知”自身的結構健康狀況。此外，研究人員利用先進的3D打印技術，創(chuàng)建了一系列復雜的中尺度多孔結構設計，有助于減輕整體重量，并充分提升機械性能。

這種蜂窩狀材料的設計靈感，類似自然界中輕且堅固的多孔材料，如蜂巢、海綿和骨頭。研究人員認為，這種材料可應用于醫(yī)學、假肢、汽車和航空航天設計等領域。這些領域需要密度低、堅韌、具有自感應能力的材料。

研究人員探討三種不同的納米工程設計，以測試其能量吸收和自感應特性。這些設計利用定制材料（由聚丙烯無規(guī)共聚物和多壁碳納米管制成）打印而成。研究人員經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，綜合考慮機械性能和自感應能力，其中一種立方體形狀的“板格”（其中包含緊密排列的平板）表現(xiàn)最出色。這種晶格結構在受到單調壓縮時，具有與相同相對密度的泡沫鎳相似的能量吸收能力，其性能也優(yōu)于其他一些相同密度的傳統(tǒng)材料。

這項研究由格拉斯哥大學詹姆斯·瓦特工程學院的Shanmugam Kumar博士、劍橋大學的Vikram Deshpande教授和麻省理工學院的Brian Wardle教授共同領導。

Shanmugam Kumar博士表示：“在如何平衡性能和結構以創(chuàng)造高性能輕質材料方面，大自然能夠給予工程師很多啟示。研究人員從中獲得了開發(fā)這種新型蜂窩狀材料的靈感。與傳統(tǒng)制造的同類材料相比，這種材料具有獨特的優(yōu)勢，可以通過微調操控其物理性能?！?/p>

“研究人員選擇的聚丙烯無規(guī)共聚物，具有更好的可加工性、耐溫性、產品一致性和抗沖擊強度。碳納米管提供導電性，同時使其在機械上更牢固。在設計中可以選擇孔隙度的大小，構建多孔幾何形狀，從而提高質量比力學性能。

“像這樣的輕質、更加堅韌、自感應材料，具有很大的實際應用潛力。例如，有助于制造更輕、更高效的車身；或者為患有脊柱側彎等疾病的人制造背部支架，以感知病人的身體是否得到最佳支持；甚至可以用來制造新型電池電極?！?/p>

這篇研究論文題為“通過增材制造實現(xiàn)納米工程自感知晶格的多功能性”（Multifunctionality of nanoengineered self-sensing lattices enabled by additive manufacturing），發(fā)表在《先進工程材料》（Advanced Engineering Materials）雜志上。

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