蒙特利爾理工學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)最近證明，使用增材制造的織物可以吸收高達(dá)96%的沖擊能量，而且不會(huì)斷裂?！都?xì)胞報(bào)告物理科學(xué)》雜志最近發(fā)表了一篇文章，詳細(xì)介紹了這一創(chuàng)新成果，這為創(chuàng)造牢不可破的塑料覆蓋物鋪平了道路。
文章中揭示的概念和配套研究相對(duì)簡(jiǎn)單。來(lái)自蒙特利爾理工學(xué)院機(jī)械工程系的Frédérick Gosselin教授、Daniel Therriault教授和博士生Shibo Zou，想要證明如何將塑料網(wǎng)融入玻璃中，以防止其在遭受撞擊時(shí)破碎。
這似乎是一個(gè)很簡(jiǎn)單的概念，但進(jìn)一步思考就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)塑料網(wǎng)并不簡(jiǎn)單。
研究人員的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自蜘蛛網(wǎng)及其驚人的特性。Gosselin教授解釋說(shuō)：“蜘蛛網(wǎng)能夠抵抗昆蟲與之相撞的沖擊，這是因?yàn)橹┲刖W(wǎng)能夠從分子層面上，在絲蛋白自身內(nèi)部通過(guò)犧牲連接而變形。我們的方法受到了這種特性的啟發(fā)。”通過(guò)3D打印實(shí)現(xiàn)生物模擬
研究人員使用聚碳酸酯來(lái)實(shí)現(xiàn)他們的成果：加熱時(shí)，聚碳酸酯會(huì)變得像蜂蜜一樣粘稠。Gosselin教授的團(tuán)隊(duì)通過(guò)3D打印機(jī)，利用這種特性“編織”出一些厚度小于2毫米的纖維，然后重復(fù)這一過(guò)程，在整個(gè)網(wǎng)狀物凝固之前，通過(guò)垂直、快速移動(dòng)的方式打印一系列新的纖維。
事實(shí)證明，神奇的地方就在這個(gè)過(guò)程本身——這也是最終產(chǎn)品獲得其關(guān)鍵特性的地方。
當(dāng)它被3D打印機(jī)慢慢擠壓成纖維時(shí)，熔融的塑料會(huì)形成一個(gè)圓圈，最終形成一連串的環(huán)狀物。一旦硬化，這些環(huán)狀物就變成了可被犧牲的連接，使纖維具有額外的強(qiáng)度。研究人員Gosselin解釋說(shuō)：“當(dāng)撞擊發(fā)生時(shí)，這些連接會(huì)吸收能量并斷裂，以維持纖維的整體完整性，就像絲蛋白一樣?！?/span>
在2015年發(fā)表的一篇文章中，Gosselin教授的團(tuán)隊(duì)展示了這些纖維制造背后的原理。最新的《細(xì)胞報(bào)告物理科學(xué)》文章揭示了這些纖維在交織成網(wǎng)狀時(shí)的行為。
這項(xiàng)研究的主要作者Shibo Zou利用這個(gè)機(jī)會(huì)說(shuō)明了當(dāng)位于保護(hù)屏內(nèi)時(shí)，這樣的網(wǎng)是如何表現(xiàn)的。在把一系列的網(wǎng)嵌入透明樹脂板后，他進(jìn)行了沖擊試驗(yàn)。結(jié)果呢？塑料晶片可分散高達(dá)96%的沖擊能量而不會(huì)斷裂。它們沒(méi)有開裂，而是在某些地方變形，保持了晶片的整體完整性。
根據(jù)Gosselin教授的說(shuō)法，這種受自然界啟發(fā)的創(chuàng)新也許可以制造出一種新型的防彈玻璃，或者制造出更耐用的塑料保護(hù)智能手機(jī)屏幕。Gosselin教授指出：“它也可以作為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)涂層，應(yīng)用于航空領(lǐng)域?！?/span>
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