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新型超材料可以在材料表面进行软硬自由切换

【据《今日材料》网站2017年2月8日报道】当一种材料被生产出来后,你通常无法改变该材料是硬还是软。但来自密西根大学的研究团队日前研发了一种新方法设计一种“超材料”,可以使材料在软、硬之间切换而并不需要对材料本身进行损坏或外部的改变。

超材料是一种通过设计材料的方式而不是材料构造获得其性质——如在这里指的材料是否软或者硬——的人造材料。这需要研究人员精准控制超材料的结构从而使得材料能够实现特定的性能。

该团队的研究成果论文,发表于《自然通讯》,来自密歇根大学的研究人员发现了一种新的方法制成超材料,这种方法可以使得控制更加简单,可以成数量级的提升材料表面的硬度——提升前后的硬度的区别相当于橡胶和钢之间的区别。由于这些性质是“拓扑保护的”,这意味着材料的性质来自其总体结构,即使材料表面的状态在硬核软的状态之间重复切换,它们依然很容易保持在基体材料内。

“这种超材料创新的方面在于,它的表面可以在软硬两种状态之间变化。”物理学助理教授Xiaoming Mao透露,“通常来说,传统材料的硬度是很难被改变的。在材料制成的时候,它的软或者硬就已经确定了。”

例如,在牙医补牙过程中,已经加入填充物之后,通过钻孔或者研磨,对原始填充物没有产生应力的情况下,是无法改变其中的填充物的;吉他上的弦无法在外界没有施加应力的情况下自行紧固。毛教授介绍到。

毛教授表示,物体与超材料边缘接触的方式改变了材料结构的几何形状,这就是该材料如何针对边缘应力做出反应。但是拓扑保护确保了超材料内部可以免受损伤。

这种材料可能在未来某被用作建造新型的汽车或火箭发射系统。在汽车内,这种材料可以帮助吸收撞车事故产生的冲击力。“当你驾驶车辆时,你希望自己的车坚固耐用并且可以支撑足够的负载。”毛表示。“在撞击发生后,你希望所有的车身组件都可以免得更加柔软有弹性,来吸收碰撞中产生的能量,从而保护车中的乘客。”

研究人员也表示这种材料可以用在自行车轮胎中,这样可以自动适应在如沙地等松软的路面上骑行更加简单,异或可以抵抗结构损伤,帮助火箭等进行重复利用。(中国航空工业发展研究中心 陈济桁)

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