新一代3D打印超材料，晶格結(jié)構(gòu)填充鐵磁流體立即變硬

  勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員發(fā)明了一種新的超材料，由填充鐵磁流體的空心3D打印晶格結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)暴露在磁場(chǎng)中時(shí)立即變硬。它的潛在用途包括從軟機(jī)器人和光學(xué)外殼到智能裝甲，就像蝙蝠俠在黑暗騎士中的電子硬化“記憶布”斗篷一樣。

  由LLNL工程師Julie Jackson Mancini領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開始創(chuàng)建可調(diào)諧的超材料，特別是場(chǎng)響應(yīng)機(jī)械超材料（FRMM）。他們采用了非平坦的大面積投影微光刻（LAPμSL）平臺(tái)，該平臺(tái)專門在大空間內(nèi)進(jìn)行3D打印微尺度特征; 需要這樣的技術(shù)要求來生產(chǎn)測(cè)試所需的復(fù)雜管狀晶格結(jié)構(gòu)的薄壁。在3D打印之后，格子被注入磁流變液，因此壁必須足夠強(qiáng)以處理加載壓力和鐵磁流體的額外重量，但也足夠靈活，以便能夠檢測(cè)和測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)的剛度變化。

  大多數(shù)具有動(dòng)態(tài)機(jī)械性能的超材料需要幾分鐘或幾小時(shí)才能發(fā)生變化。FRMM的響應(yīng)時(shí)間不到一秒。當(dāng)施加特定的磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁流體中的磁性分子排列成鏈，立即使晶格結(jié)構(gòu)變硬。

  曼奇尼說，“已經(jīng)證明，通過結(jié)構(gòu)，超材料可以創(chuàng)造有時(shí)在自然界中不存在或可以高度設(shè)計(jì)的機(jī)械特性，但是一旦你構(gòu)建成功這個(gè)結(jié)構(gòu)，你就會(huì)被這些屬性所困擾。這些超材料的下一個(gè)演變是能夠根據(jù)外部刺激調(diào)整其機(jī)械特性。但是他們通過改變形狀或顏色來做出反應(yīng)，獲得響應(yīng)所需的時(shí)間可以是幾分鐘或幾小時(shí)。使用我們的FRMM，整體形式不會(huì)改變，響應(yīng)非?？?，這使得它與其他材料區(qū)別開來?！?/p>

  除了剛度之外，還可以調(diào)整磁場(chǎng)以調(diào)用各種機(jī)械性能，Mancini解釋說：“真正重要的是通過調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度，我們可以獲得廣泛的機(jī)械性能。即時(shí)，遠(yuǎn)程可調(diào)性的想法為許多應(yīng)用打開了大門。而且先進(jìn)的懸架系統(tǒng)和航空航天部件也可以從非常快速，精確的運(yùn)動(dòng)中受益，而不需要笨重的伺服系統(tǒng)。

  該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在努力將這兩種材料融合成單相材料，不需要手動(dòng)鐵磁流體注入步驟。研究小組成員之一Ken Loh教授評(píng)論說，該技術(shù)的未來發(fā)展“可能會(huì)產(chǎn)生新技術(shù)，例如戰(zhàn)斗機(jī)的靈活裝甲，當(dāng)發(fā)現(xiàn)威脅時(shí)會(huì)瞬間變硬?！?/p>

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