研究人員設(shè)計(jì)出更堅(jiān)固、更具彈性的超材料

魔猴君  科技前沿   1天前

超材料是一種人工材料，能夠通過不同微觀結(jié)構(gòu)的組合展現(xiàn)出各種有趣的特性。迄今為止，相關(guān)研究主要集中在剛性和實(shí)體結(jié)構(gòu)上，而忽略了其柔韌性。得益于3D打印技術(shù)，麻省理工學(xué)院的研究人員目前正致力于開發(fā)既堅(jiān)固又可拉伸的超材料。

水凝膠在柔性超材料的出現(xiàn)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。麻省理工學(xué)院（MIT）的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種水凝膠，它通常柔軟且呈凝膠狀，能夠保持其柔韌性，同時(shí)又非常耐用。這種性能是通過化學(xué)連接不同的聚合物網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的，例如，將剛性網(wǎng)絡(luò)與柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起。受此方法的啟發(fā)，麻省理工學(xué)院教授卡洛斯·波特拉博士著手將超材料中的不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，以創(chuàng)建新的微觀結(jié)構(gòu)。

“從遠(yuǎn)處看”的材料結(jié)構(gòu)（圖片來源：麻省理工學(xué)院）

這種新材料由堅(jiān)硬易碎的有機(jī)玻璃聚合物基底構(gòu)成，并被組織成晶格結(jié)構(gòu)。研究人員圍繞該基底，用同樣的材料構(gòu)建了一個(gè)“意大利面條狀網(wǎng)絡(luò)”。這些微觀支柱在原始狀態(tài)下是剛性的，缺乏柔韌性，但由于其通過3D打印技術(shù)進(jìn)行的獨(dú)特編織，整體結(jié)構(gòu)變得可拉伸。

這種“雙網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)可拉伸至其長(zhǎng)度的四倍而不會(huì)完全斷裂，而傳統(tǒng)聚合物則會(huì)立即斷裂。Portela博士稱這一進(jìn)展具有革命性，他指出：“用金屬或陶瓷打印雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也能達(dá)到同樣的效果。這些結(jié)構(gòu)將更加耐斷裂，拉伸性也顯著增強(qiáng)?！币虼?，這種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于玻璃、陶瓷或金屬等其他材料。這種性能完全取決于超材料的結(jié)構(gòu)：如果發(fā)生斷裂，重量不會(huì)由支撐結(jié)構(gòu)承受，而是重新分配到螺旋結(jié)構(gòu)上，從而防止立即斷裂并允許繼續(xù)使用。該團(tuán)隊(duì)甚至特意在超材料中引入了“缺陷”和孔洞，這被發(fā)現(xiàn)可以提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

潛在的應(yīng)用包括抗撕裂織物、柔性半導(dǎo)體、芯片封裝、組織細(xì)胞生長(zhǎng)支撐結(jié)構(gòu)等等。

編譯整理：3dnatives