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新一代3D打印超材料,晶格结构填充铁磁流体立即变硬

2018-12-20

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员发明了一种新的超材料,由填充铁磁流体的掏空3D打印晶格结构组成,当暴露在磁场中时立即变硬。它的潜在用途包括从软机器人和光学外壳到智能装甲,就像蝙蝠侠在黑暗骑士中的电子硬化“记忆布”斗篷一样。

新一代3D打印超材料,晶格结构填充铁磁流体立即变硬

由LLNL工程师Julie Jackson Mancini领导的研究小组开始建造可调谐的超材料,特别是场响应机械超材料(FRMM)。他们采用了非平坦的大面积投影微光刻(LAPμSL)平台,该平台专门在大空间内进行3D打印微尺度特征; 需要这样的技术要求来生产测试所需的复杂管状晶格结构的薄壁。在3D打印之后,格子被注入磁流变液,因此壁必需足够强以处理加载压力和铁磁流体的额外重量,但也足够灵活,以便能够检测和测量磁场时的刚度变化。

大多数具有动态机械性能的超材料需要几分钟或几小时才能发生变化。FRMM的响应时间不到一秒。当施加特定的磁场时,铁磁流体中的磁性分子排列成链,立即使晶格结构变硬。

曼奇尼说,“已经证明,通过结构,超材料可以创造有时在自然界中不存在或可以高度设计的机械特性,但是一旦你构建成功这个结构,你就会被这些属性所困扰。这些超材料的下一个演变是能够根据外部刺激调整其机械特性。但是他们通过改变形状或颜色来做出反应,得到响应所需的时间可以是几分钟或几小时。使用我们的FRMM,整体形式不会改变,响应非常快,这使得它与其他材料区别开来。”

除了刚度之外,还可以调整磁场以调用各种机械性能,Mancini解释说:“真正重要的是通过调节磁场强度,我们可以得到广泛的机械性能。即时,远程可调性的想法为许多应用打开了大门。并且先进的悬架系统和航空航天部件也可以从非常快速,精确的运动中受益,而不需要笨重的伺服系统。

该团队现在正在努力将这两种材料融合成单相材料,不需要手动铁磁流体注入步骤。研究小组成员之一Ken Loh教授评论说,该技术的未来发展“可能会产生新技术,例如战斗机的灵活装甲,当发现威胁时会瞬间变硬。”


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