据国外媒体报道，一个由格拉斯哥大学工程师领导的国际团队受天然材料的细胞结构启发，开发出一种新型轻质3D打印智能结构化材料，可以感知自身的结构变化。
(来源:格拉斯哥大学)
该团队将一种普通的工业塑料与碳纳米管混合，创造出一种比类似的传统材料更坚韧、更强大、更智能的材料。这种塑料不导电，但多亏了纳米管，它可以在整个结构中携带电荷。当结构承受机械载荷时，其阻力会发生变化。这种现象被称为“压电压敏性”，它使材料能够“感知”自己的结构健康。此外，研究人员利用先进的3D打印技术创建了一系列复杂的介观尺度多孔结构设计，有助于减轻整体重量，并充分提高机械性能。
这种蜂窝材料的设计灵感类似于自然界中轻质坚固的多孔材料，如蜂巢、海绵、骨头等。研究人员认为，这种材料可用于医学、假肢、汽车和航空航天设计。这些领域需要低密度、韧性和自感能力的材料。
研究人员探索了三种不同的纳米工程设计，以测试它们的能量吸收和自感特性。这些设计是用定制的材料(由聚丙烯无规共聚物和多壁碳纳米管制成)打印出来的。经过测试，研究人员发现，考虑到机械性能和自诱导能力，其中一种立方体形状的“网格”(包括紧密排列的板)表现最佳。当受到单调压缩时，这种晶格结构具有与相同相对密度的泡沫镍相似的能量吸收能力，其性能也优于其他相同密度的传统材料。
这项研究由格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的Shanmugam Kumar博士、剑桥大学的Vikram Deshpande教授和麻省理工学院的Brian Wardle教授共同领导。
Shanmugam Kumar博士说:“在如何平衡性能和结构以创造高性能轻质材料方面，大自然可以给工程师很多启发。研究人员获得了开发这种新蜂窝材料的灵感。与传统制造的类似材料相比，这种材料具有独特的优势，其物理性质可以通过微调来控制。”
“研究人员选择的聚丙烯无规共聚物具有更好的加工性能、耐温性、产品一致性和冲击强度。碳纳米管提供导电性，同时使其机械强度更高。在设计中，我们可以选择孔隙率的大小和构造多孔的几何形状，从而提高质量比的力学性能。
“像这样的轻质、更坚韧和自我感知的材料具有巨大的实际应用潜力。例如，它有助于制造更轻、更高效的车身；或者给有脊柱侧弯等疾病的人做一个背部支撑，感受一下患者的身体是否得到最好的支撑；它甚至可以用来制造新的电池电极。"
这篇题为“通过增材制造实现的纳米工程自感知晶格的多功能性”的研究论文发表在《先进工程材料》上。
1据国外媒体报道，由格拉斯哥大学工程师领导的国际团队受天然材料的细胞结构启发，开发出一种新型轻质3D打印智能结构化材料，可以感知自身的结构变化。
(来源:格拉斯哥大学)
该团队将一种普通的工业塑料与碳纳米管混合，创造出一种比类似的传统材料更坚韧、更强大、更智能的材料。这种塑料不导电，但多亏了纳米管，它可以在整个结构中携带电荷。当结构承受机械载荷时，其阻力会发生变化。这种现象被称为“压电压敏性”，它使材料能够“感知”自己的结构健康。此外，研究人员利用先进的3D打印技术创建了一系列复杂的介观尺度多孔结构设计，有助于减轻整体重量，并充分提高机械性能。
这种蜂窝材料的设计灵感类似于自然界中轻质坚固的多孔材料，如蜂巢、海绵、骨头等。研究人员认为，这种材料可用于医学、假肢、汽车和航空航天设计。这些领域需要低密度、韧性和自感能力的材料。
研究人员探索了三种不同的纳米工程设计，以测试它们的能量吸收和自感特性。这些设计是用定制的材料(由聚丙烯无规共聚物和多壁碳纳米管制成)打印出来的。经过测试，研究人员发现，考虑到机械性能和自诱导能力，其中一种立方体形状的“网格”(包括紧密排列的板)表现最佳。当受到单调压缩时，这种晶格结构具有与相同相对密度的泡沫镍相似的能量吸收能力，其性能也优于其他相同密度的传统材料。
这项研究由格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的Shanmugam Kumar博士、剑桥大学的Vikram Deshpande教授和麻省理工学院的Brian Wardle教授共同领导。
Shanmugam Kumar博士说:“在如何平衡性能和结构以创造高性能轻质材料方面，大自然可以给工程师很多启发。研究人员获得了开发这种新蜂窝材料的灵感。与传统制造的类似材料相比，这种材料具有独特的优势，其物理性质可以通过微调来控制。”
“研究人员选择的聚丙烯无规共聚物具有更好的加工性能、耐温性、产品一致性和冲击强度。碳纳米管提供导电性，同时使其机械强度更高。在设计中，我们可以选择孔隙率的大小和构造多孔的几何形状，从而提高质量比的力学性能。
“像这样的轻质、更坚韧和自我感知的材料具有巨大的实际应用潜力。例如，它有助于制造更轻、更高效的车身；或者给有脊柱侧弯等疾病的人做一个背部支撑，感受一下患者的身体是否得到最好的支撑；它甚至可以用来制造新的电池电极。”
这篇题为“通过增材制造实现的纳米工程自感知晶格的多功能性”的研究论文发表在《先进工程材料》上。
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