| 美國：超材料可從柔性“秒變”剛性 |
| 來源：科技日報 時間：2018-12-15 8:56:04 用手機(jī)瀏覽 |
美國研究人員使用機(jī)械超材料（具有自然界中不存在的獨特機(jī)械性能）開發(fā)出一種新型材料，可響應(yīng)磁場從柔性變?yōu)閯傂�，在智能可穿戴設(shè)備和柔性機(jī)器人中具有廣泛應(yīng)用前景。
當(dāng)前的機(jī)械超材料有著吸引人的特性，如負(fù)熱膨脹，低重量時的高強(qiáng)度和高剛度。但一旦構(gòu)建完成，其屬性將無法更改或調(diào)整。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和加州大學(xué)圣地亞哥分校共同開展的新項目，旨在利用磁場創(chuàng)造一種具有動態(tài)可調(diào)機(jī)械特性的機(jī)械超材料，同時又不會引起顯著的形狀變化。
他們采用了所謂的4D打印技術(shù)，其得名于3D打印物體可隨時間改變形狀，時間是第四維度。通常，這種類型的結(jié)構(gòu)會對刺激（熱、水化作用或磁場）作出響應(yīng)而改變形狀。
研究人員開發(fā)的場響應(yīng)超材料（FRMM）可根據(jù)磁場的變化改變其性質(zhì)。然而，與典型的4D打印材料不同的是，其不會改變整體形狀，而是改變剛度。
其制造過程是，首先通過3D打印制作機(jī)械超材料，該材料由空心梁而非典型的實心梁構(gòu)成。打印出中空管狀超材料后，將磁流變流體注入梁芯，完成場響應(yīng)超材料的制造。磁流變流體由磁性顆粒構(gòu)成，懸浮在非磁性介質(zhì)中。當(dāng)流體存在磁場時，磁性粒子沿磁場線排列成鏈，增加了流體的剛度，從而同時增加了整體結(jié)構(gòu)的剛度。當(dāng)磁場被移除時，流體表現(xiàn)為液體，能夠自由流動。
研究人員表示，這種磁機(jī)械效應(yīng)不僅僅是一個開關(guān)響應(yīng)，結(jié)構(gòu)的剛度還可通過施加的磁場強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。通過仔細(xì)選擇管狀結(jié)構(gòu)，場響應(yīng)超材料的機(jī)械性能可在不到一秒的時間內(nèi)顯示出高達(dá)318%的拉伸剛度。
研究人員認(rèn)為，場響應(yīng)超材料可用作柔性機(jī)器人中的可變剛度接頭，并可集成到智能可穿戴設(shè)備中，這些可穿戴設(shè)備在沒有磁場的情況下是靈活的，但在檢測到威脅時可改變屬性以吸收沖擊或振動。
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