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新一代3D打印超材料,晶格結構填充鐵磁流體立即變硬

2018-12-20

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的研究人員發明了一種新的超材料,由填充鐵磁流體的掏空3D打印晶格結構組成,當暴露在磁場中時立即變硬。它的潛在用途包括從軟機器人和光學外殼到智能裝甲,就像蝙蝠俠在黑暗騎士中的電子硬化“記憶布”鬥篷一樣。

新一代3D打印超材料,晶格結構填充鐵磁流體立即變硬

由LLNL工程師Julie Jackson Mancini領導的研究小組開始建造可調諧的超材料,特別是場響應機械超材料(FRMM)。他們采用了非平坦的大麵積投影微光刻(LAPμSL)平台,該平台專門在大空間內進行3D打印微尺度特征; 需要這樣的技術要求來生產測試所需的複雜管狀晶格結構的薄壁。在3D打印之後,格子被注入磁流變液,因此壁必需足夠強以處理加載壓力和鐵磁流體的額外重量,但也足夠靈活,以便能夠檢測和測量磁場時的剛度變化。

大多數具有動態機械性能的超材料需要幾分鍾或幾小時才能發生變化。FRMM的響應時間不到一秒。當施加特定的磁場時,鐵磁流體中的磁性分子排列成鏈,立即使晶格結構變硬。

曼奇尼說,“已經證明,通過結構,超材料可以創造有時在自然界中不存在或可以高度設計的機械特性,但是一旦你構建成功這個結構,你就會被這些屬性所困擾。這些超材料的下一個演變是能夠根據外部刺激調整其機械特性。但是他們通過改變形狀或顏色來做出反應,得到響應所需的時間可以是幾分鍾或幾小時。使用我們的FRMM,整體形式不會改變,響應非常快,這使得它與其他材料區別開來。”

除了剛度之外,還可以調整磁場以調用各種機械性能,Mancini解釋說:“真正重要的是通過調節磁場強度,我們可以得到廣泛的機械性能。即時,遠程可調性的想法為許多應用打開了大門。並且先進的懸架係統和航空航天部件也可以從非常快速,精確的運動中受益,而不需要笨重的伺服係統。

該團隊現在正在努力將這兩種材料融合成單相材料,不需要手動鐵磁流體注入步驟。研究小組成員之一Ken Loh教授評論說,該技術的未來發展“可能會產生新技術,例如戰鬥機的靈活裝甲,當發現威脅時會瞬間變硬。”


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