实时•全面•专业

Prompt•Overall•Professional

学术研究

战略动态 > 学术研究

美国哈佛大学开发出一种新的材料结构技术,通过剪切改变材料性能

2017-02-28 304浏览 标签:

2017年2月24日,美国哈佛大学介绍了其研究人员有感于古老的剪纸艺术所研发出的一种新型的材料结构,通过切割替代传统的折叠对材料进行结构和功能的改变。该项研究由美国国家科学基金会支持,相关研究成果发表在了近期的Physical Review Letters(《物理评论快报》)杂志上。

图 三浦折叠示意图

三浦折叠是一种在航空、人造卫星等方面常见的材料结构技术,由日本东京大学构造工学名誉教授三浦公亮所发明。该技术是以拉开对角两端来把物品展开,而在收缩时则反向推入。这方法可节省空间,又可避免在折叠和展开的过程中造成损耗,可使物件的体积减少25倍,并使能量密度加强14倍。然而,所有的折叠都是劳动密集型的工作,这意味着在材料生产过程中的费时费力。针对这一点,哈佛大学的研究人员从古老的剪纸艺术中获得灵感,通过对平面进行切割,替代传统的折叠技术,成功改良了材料的结构和功能,将薄的穿孔片材转换成了可折叠的3D结构。

图 切割得到的片材,这种可屈曲诱导的片材可被拉折成平面(图片来自哈佛大学)

研究团队发现,足够的拉伸可以触发材料的屈曲,并导致形成类似三浦折叠的良好3D结构模式,而如果材料被拉伸得更多,临时变形将成为永久折叠。团队还发现,可以通过改变切口的取向来控制弹出式样和材料的机械性能。这种新的材料结构技术策略将有望简化传统的方式,从完全平坦的穿孔板制造复杂的形变结构。

图 可屈曲诱导的剪片是平面可折叠的(如a),在非平面弯曲时形成具有负高斯曲率的鞍形(如b),在反对称面变形下扭曲(如C),其弯曲刚度比相应的平面穿孔板(插图)要高(如d)。注,这里显示的厚度为127μm厚的剪片所支持的砝码重量为20g。(图片来自文献)

留言(0)