IT之家 1 月 22 日消息，美國加州理工學院 Chiara Daraio 實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新型材料，這種材料在應(yīng)力作用下表現(xiàn)出獨特的性質(zhì)，能夠在某些條件下像流體一樣流動，而在其他條件下則像固體一樣穩(wěn)定。
據(jù)IT之家了解，這種被稱為“多鏈架構(gòu)材料”（Polycatenated Architected Materials，簡稱 PAMs）的創(chuàng)新物質(zhì)，結(jié)合了流體的柔性和固體的穩(wěn)定性，使其在防護裝備、生物醫(yī)學設(shè)備和機器人技術(shù)等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。
為了更好地理解這種材料，加州理工學院的研究團隊首先通過計算機建模設(shè)計了 PAMs，模擬了典型晶體物質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)。然而，與具有固定粒子的傳統(tǒng)晶體不同，PAMs 由相互纏繞的環(huán)或籠狀結(jié)構(gòu)組成，這使得其內(nèi)部元素之間能夠發(fā)生更動態(tài)的相互作用。
研究團隊利用先進的 3D 打印技術(shù)，使用丙烯酸聚合物、金屬等多種材料，將這一設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實。他們制作了直徑約 5 厘米的小型立方體或球體原型，并對其進行了多種應(yīng)力測試以觀察其反應(yīng)。
Daraio 實驗室的博士后學者周文杰（Zhou Wenjie Zhou，音譯）詳細描述了實驗過程：“我們從壓縮開始，每次逐漸增加壓力。然后嘗試了簡單的剪切力，即施加橫向力，類似于試圖撕裂材料。最后，我們進行了流變學測試，觀察材料在扭轉(zhuǎn)作用下的反應(yīng)，先緩慢扭轉(zhuǎn)，然后逐漸加快和加強。”
實驗結(jié)果顯示，PAMs 能夠根據(jù)施加的應(yīng)力在流體和固體狀態(tài)之間切換。周文杰解釋說，在剪切應(yīng)力下，PAMs 表現(xiàn)得像水一樣“零阻力”，因為其內(nèi)部組件像鏈條一樣相互滑動；而在壓縮下，這些結(jié)構(gòu)則變得完全剛性，表現(xiàn)出固體的特性。
Chiara Daraio 將 PAMs 描述為“一種真正的新型物質(zhì)”。她指出，與固體晶格或像大米、咖啡這樣的顆粒材料不同，PAMs 結(jié)合了這兩者的特性。PAMs 中的粒子像晶體結(jié)構(gòu)一樣連接，但又可以自由移動和滑動，從而形成一種能夠在不同狀態(tài)之間切換的動態(tài)材料。Daraio 還強調(diào)，PAMs 具有高度的可定制性：“你可以用柔軟的材料或硬質(zhì)材料打印它們。”她表示，通過改變形狀或晶格連接方式，可以直接影響材料的行為，使其在不同條件下始終表現(xiàn)出流體和固體之間的過渡特性。
Daraio 進一步指出，PAMs 的研究具有重要的科學意義：“在過去的 20 到 30 年里，建構(gòu)化材料一直是一個重要的子領(lǐng)域?！盤AMs 的獨特之處在于它填補了顆粒材料和彈性可變形材料之間的空白，代表了一個“令人著迷的前沿領(lǐng)域”，可能重新定義科學和工程中的材料分類和特性。
PAMs 的潛在應(yīng)用范圍廣泛，但目前仍處于探索階段。Daraio 強調(diào)了這種材料的獨特性能：“這些材料具有獨特的能量吸收特性。由于每個元素都可以相對滑動、旋轉(zhuǎn)和重組，它們能夠非常高效地耗散能量。”這一特性使其在防護裝備（如頭盔）和包裝材料中具有超越現(xiàn)有泡沫材料的潛力。
此外，對 PAMs 的微觀研究還表明，這種材料能夠?qū)Νh(huán)境刺激作出主動反應(yīng)。它們在電荷和物理力的作用下會膨脹或收縮，這為其在生物醫(yī)學設(shè)備和軟體機器人等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能性，因為這些領(lǐng)域?qū)Σ牧系倪m應(yīng)性要求極高。
這項研究已發(fā)表在《科學》雜志上，題為《3D 多鏈架構(gòu)材料》。
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