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受螳螂虾武器的启发,科学家开发更坚固的3D打印结构
发布时间:2018.07.28 | 阅读:0次

南极熊

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究竟是什么让螳螂虾脱颖而出?它实际上可以击败甚至粉碎其装甲猎物(主要是软体动物和其他螃蟹),它们的耐损伤性和优异的机械性能也是众所周知的。 令人惊叹的海洋生物在拳头后面拥有令人难以置信的力量,并且可以像22口径子弹一样快速地冲锋。

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新的研究结果表明,纤维是许多海洋甲壳动物壳和昆虫外骨骼中发现的物质,排列成类螺旋状楼梯的螺旋结构。

“这种机制以前从未被详细研究过”Zavattieri 说。“我们发现,随着裂纹的发展,裂纹扩展的驱动力逐渐减小,促进了其他类似机制的形成,从而防止材料突然崩溃。我认为我们终于可以解释为什么材料如此强硬。

“在实验方面,我们使用现有的材料来创建验证这一理论的复合材料。”

普渡大学博士生Nobphadon Suksangpanya;加州大学河滨分校的博士生Nicholas A. Yaraghi;加州大学河滨分校化学与环境工程与材料科学与工程教授David Kisailus; Zavattieri在“生物医学材料力学行为杂志”和“国际固体与结构杂志”杂志上发表了两篇关于他们精彩作品的论文。

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先前的研究发现,该然的螺旋结构设计是为了承受重复的高速冲击。当裂纹形成时,他们遵循扭曲模式,而不是直接在结构上传播,导致失败。加州大学河滨分校的电子显微镜拍摄的新图像显示,不是单个裂纹继续传播,而是形成许多较小的裂缝 - 消散撞击时材料吸收的能量。

研究人员创建并测试了以这种3D打印复合材料,利用相机和数字图像相关技术捕获裂纹行为,以研究材料的变形。

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Zavattieri说:“我们正在建立复合材料以前没有的新机制。 传统上,当我们生产复合材料时,我们将纤维放在一起,但并不是最佳的,而大自然正在教会我们应该如何去做。“

这些发现可以帮助开发更轻,更坚固和更坚韧的材料,用于包括航空航天,汽车和体育在内的许多应用。


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