艰难的材料由相互关联的微尺度节

的最新进展纳米micro-architected材料,加州理工学院的工程师们开发了一种新材料由许多相互关联的微尺度节。

结使材料远比结构相同但解开材料:他们吸收更多的能量,可以变形,同时仍然能够回到原来的形状。这些新结的材料可能会发现在生物医学中的应用以及在航空航天应用中由于其耐用性,生物相容性,极端的可变形性。

“能够克服一般材料可变形性和抗拉韧性之间的权衡(被拉伸而不破坏的能力)提供了新的方法来设计设备,非常灵活,经久耐用,并能在极端条件下,“前加州理工学院的研究生Widianto说p . Moestopo (MS的19个博士的22),现在在劳伦斯利弗莫尔国家实验室。Moestopo是一篇论文的主要作者在纳米尺度上节在3月8日的《科学》杂志上发表的进步。

Moestopo帮助开发的物质在实验室里朱莉娅·r·格里尔,鲁本f和唐娜梅特勒教授材料科学、力学和医学工程;弗莱彻琼斯基金会主任Kavli纳米科学研究所;和高级的作者科学的进步纸。格里尔是创建这样的最前沿nano-architected材料或材料的结构设计和组织在纳米范围内,因此表现出异常,常常令人惊讶的属性。

“着手了解结会影响micro-architected材料的力学响应是一个新的开箱即用的主意,”格里尔说。“我们做了广泛的研究,学习许多其他类型的micro-textiles的机械变形,例如,晶格和编织材料。冒险进入海里的世界让我们获得更深的见解摩擦和能量耗散的作用,并被证明是有意义的。”

每个结约70微米的高度和宽度,和每个纤维有一个半径约1.7微米(大约一百人类头发的半径)。虽然这些不是有史以来最小的结2017年化学家系一个结由单个原子的链这确实代表第一次材料由许多节在这个曾经被创建。此外,它展示了潜在的价值包括这些纳米结在一个材料的例子,在生物医学缝合或拘束。

结材料,创造出的聚合物,具有拉伸韧性远远超过材料解开但否则结构相同,包括那些在个人链交织而不是打结。解开同行相比,系材料多吸收92%的能源,需要超过两倍的应变拉时折断。

节不挂钩,而是制造系状态通过使用先进的高分辨率的3 d光刻能产生纳米级的结构。样品中详细说明科学的进步论文包含简单knots-an单结和一个额外的扭转,提供了额外的摩擦来吸收额外的能量,而材料拉伸。在未来,该小组计划探索材料由更复杂的结。

Moestopo结的兴趣源于他在2020年进行的研究在COVID-19封锁。“我遇到一些工作的研究人员正在研究物理力学结与结在一个纯粹的数学意义。我不觉得自己是一个登山者,一个水手,或一个数学家,但我有结在我的生活,所以我认为这是值得尝试节插入我的设计,”他说。

参考:Moestopo WP瓶年代,邓小平W,格里尔。结并不为零:设计、分层交织microarchitected材料的属性和拓扑。Sci副词。2023;9 (10):eade6725。doi:10.1126 / sciadv.ade6725

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。