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研究职员开发了可微观设计的能量吸收质料

时间:2014-09-29     泉源:中国聚合物网
劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的研究职员运用硅基油墨通过3D打印手艺制造出了可编程设计的具有机械能量吸收特征的硅胶缓冲物质 。

    像固体凝胶和多孔泡沫这样的质料可以作为填充物缓和冲物,但它们都有各自的优弱点 。固体凝胶是有用的填充物质,但其相对较重 ;凝胶性能还会受温度的影响,另外由于其没有孔隙结构导致它只能在一个有限的规模内举行压缩 。多孔泡沫则更轻、更易压缩,但它们的性能并非始终如一,这是由于无法在泡沫生产历程中准确地控制孔隙(或气泡)的巨细、形状和位置 。

    为了战胜这些限制,劳伦斯•利弗莫尔国家实验室(LLNL)的一个由工程师和科学家组成的团队已经找到一种要领——叠加式制造(3D打印手艺),从微米标准上设计和制造新型缓冲质料,这种要领很容易举行编程设计,制成的产品在性能上凌驾了质料物质组成的限制 。

    该研究效果已经作为一篇论文揭晓在《新型功效质料》杂志上了 。

    以工程师埃里克-多斯和科学家汤姆-威尔逊为首的利弗莫尔研究职员着重于使用硅基油墨印刷固化后形成类似橡胶的质料,来创立一种具有微架构的缓冲物质 。在印刷历程中,油墨沉积堆叠成一连串的单层水平排列的细丝(可细如人的头发) 。第二层细丝是在与第一层相笔直的偏向上排列的 。然后就是一直重复这个历程,直到其抵达了我们所期望的高度和孔隙结构 。

    LLNL(劳伦斯利弗莫尔国家实验室)的研究职员结构了两种差别的物质结构,一种是内嵌堆叠结构,而另一种是交织结构(如图所示) 。当这两种结构接纳相同的组成质料举行结构,并且具有相同的孔隙度时,它们各自在压力和切变力测试下的体现却完全差别 。叠层结构在压缩之后会变得更硬,并且在一连压缩之后,会造成愚昧失稳 。交织结构在压缩后则变得更柔软,在一连压缩之后顶多也只会弯曲变形罢了 。叠层结构的质料的组成是结实的网格,这使得它面临压力时会爆发更大的阻力,而交织结构在每条细丝之间会有逍遥,这会使它面临压力时爆发相对较小的阻力 。

    在LLNL的工程师托德-威斯格伯的资助下,该团队已经能够模拟和展望每种结构系统在压力和切变力下的性能体现 。由于泡沫质料的无规则结构导致这一手艺将很难或不可能对其模拟和展望 。

    研发工程师兼主要首创人埃里克-多斯说“这种质料在超高区分率的微观标准上抵达划定的排列方法的能力是唯一无二的,它为业界提供了一个亘古未有的制造规范水准” 。

    研究职员设想将这些新的能量吸收质料应用在更多方面,包括鞋子和头盔的衬垫,细密仪器的防护质料,并且能够应用于航空航天仪器上用来对抗和消除温度强烈波动和机械振动带来的倒运影响 。

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