物理科技生物学-PHYICA

贝壳和葡萄柚启发了可以两个人一起玩的游戏第一批不可切割的人造材料

化学 2022-02-02 00:02:12

杜伦大学 信用:CC0公共领域 工程师们从贝壳和葡萄柚中获得灵感,创造了他们所说的第一种人造不可切割材料

这种新材料可以用于安全、健康和安全行业,可以使切割工具自身产生反作用力

这种轻质材料——以变形神话中的上帝的名字命名——是由陶瓷球体包裹在蜂窝状铝结构中制成的,在测试中不能用角磨机、钻头或高压水射流切割

由英国达勒姆大学和德国切姆尼茨的IWU弗劳恩霍夫机床和成形技术研究所领导的一个国际研究小组,从葡萄柚坚韧的细胞表皮和软体动物的抗断裂外壳中获得了这种新材料的想法

鲍鱼海洋生物是由瓷砖和一种生物聚合物材料连接而成的,这种材料使它们能够抵抗骨折

为了抵抗最猛烈的强行进入工具,在新材料中用工业氧化铝陶瓷和铝金属泡沫基质代替了文石瓷砖等有机材料(在软体动物壳中发现)

这种新材料坚固、轻便、不可切割

研究人员说,它可以用来制造自行车锁、轻型装甲和切割工具工人的防护设备

该发现发表在《科学报告》杂志上

新材料系统是动态的,其内部结构不断演变,在与切割工具相互作用的地方产生高速运动

动态响应更类似于活体结构

圆柱形Proteus样品的3D CT扫描,显示切割盘、蓝色陶瓷球、红色颗粒物质和绿色裂纹

学分:博士

德国汉诺威莱布尼茨大学IKK塑料与循环经济研究所弗洛里安·比特纳/德国汉诺威WKI研究所威廉·克拉迪茨·弗劳恩霍夫木材研究所

这种材料是由包裹在陶瓷球周围的蜂窝状铝结构制成的,这对切割工具有双重破坏性影响

当用角磨机或钻头切割时,套管内陶瓷球产生的振动会使切割盘或钻头变钝

圆盘和陶瓷球之间的相互作用产生了一种互锁的振动连接,这种连接可以无限地抵抗刀具

随着圆盘或钻头的力和能量返回到自身,刀片逐渐被侵蚀,最终变得无效,并且被自身的攻击削弱和破坏

此外,陶瓷破碎成细小的颗粒,这些颗粒填充材料的蜂窝状结构,并随着切削工具的速度由于陶瓷颗粒之间的原子间力而增加而硬化

通过这种方式,材料的适应性进一步击退了任何攻击

还发现水射流是无效的,因为陶瓷球的曲面加宽了射流,这大大降低了射流的速度并削弱了其切割能力

主要作者Dr

达勒姆大学工程系应用力学助理教授斯特凡·辛尼斯泽夫斯基说:“尽管葡萄柚的细胞结构和软体动物贝壳的平铺结构是由相对较弱的有机建筑材料制成的,但它们是如何防止水果或里面的生物受到损害的,这让我们很感兴趣

“这些自然结构体现了我们的金属陶瓷材料的工作原理,它基于与外加载荷的动态相互作用,而不是被动阻力

视频显示角磨机对Proteus材料的攻击

荣誉:勒内·沃格尔博士,IWU弗劳恩霍夫机床和成形技术研究所技术负责人

“从本质上来说,切割我们的材料就像切一个装满鸡块的果冻

如果你穿过果子冻,你就碰到了块状物,这种物质会以这样一种方式振动,它会破坏切割盘或钻头

“嵌入这种柔性材料中的陶瓷也是由非常细小的颗粒制成的,当你以沙袋抵抗和阻挡高速子弹的方式高速切削时,这些颗粒会变硬并抵抗角磨机或钻孔机

“这种材料在安保和安全行业可能会有许多有用和令人兴奋的应用

事实上,到目前为止,我们还不知道有任何其他制造的不可切割材料存在

" 研究合著者Dr

斯特灵大学哲学系的米兰达·安德森说:“因为我们物质系统的成功抵抗需要它经历内部转变,所以我们选择了普罗透斯这个名字

“1605年,弗朗西斯·培根将自然材料比作“不断改变形状”的普罗透斯,他认为通过实验我们可以揭示材料的变质性质

" 医生

辛尼斯泽夫斯基补充说:“这是我们用这种新材料取得的成就,我们对它的潜力感到兴奋

" 研究人员的材料技术正在申请专利,他们希望与行业合作伙伴合作,以便将其开发成面向市场的产品

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