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您从未听说过的4种独特的工程材料

  2021-01-19 阅读:27

      ★   比如说,通过分析蜘蛛丝的独特特性,我们创造出了一系列极其坚固耐用的产品。

      ★   了解自然有助于制造出改变我们世界的材料。

      ★   自折叠椅的想法可能看起来很滑稽,但这种“自动化”的材料可以在需要时休眠,然后在瞬间简单地自我组装。

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金属、塑料、陶瓷和复合材料每天都被工程师们使用。我们都知道一些共同的性质;金属坚硬但很重,塑料较轻,陶瓷则容易碎。但机械和材料工程师一直在开发新的工程材料,以惊人的创造力解决问题。新的设计诞生于仿生学,实验,有时纯粹是运气。

1)微晶格金属

我们首先看的是独特的工程材料,即超轻但坚硬的金属泡沫,称为Microlattice金属。这种超多孔金属以其令人印象深刻的强度重量比而著称。它是有史以来最轻的结构化材料之一,实际上,甚至被描述为比发泡胶轻100倍左右。微晶格金属在结构上与人体的骨骼相似。 外面坚硬,但里面大部分是空气。


可以试想一下,你左手拿着塑料杯,而右手拿着的是这种微晶格金属杯子,而金属杯子要比塑料杯还要轻!是不是很神奇!

                                                                                                            微晶格金属:压力测试

这种材料的流行应用包括减震器,电池电极,轻型车辆以及任何需要相对轻但非常坚固的材料的情况。

2)气凝胶

气凝胶是独特的工程材料的分类,其结构与微晶格极为相似。气凝胶有时被称为液态烟雾,是由已去除所有液体的硅胶制成。虽然两者都非常轻巧,但气凝胶却具有独特的导热性,或者几乎完全缺乏导热性。这些特性使气凝胶可用于航天器等重量要求最小的绝缘飞行器。另外,气凝胶的二氧化硅结构可以与其他材料结合形成AeryClays。通过将聚合物粘土混合到混合物中,可以极大地改变机械性能,甚至为材料增加新的令人兴奋的可能性。

气凝胶有多种不同的形式,并被用于各种不同的应用,如天窗绝缘、清除溢出物的化学吸附剂、油漆和化妆品中的增稠剂、潜水员的被动热保护以及所谓的超级电容器的制造。

3)自组装工程材料

想象一下,您的椅子可以折叠起来,或者可以变成一顶平顶帽。麻省理工学院的研究人员一直在努力开发智能材料,这些材料几乎可以自动折叠或折叠成预定的配置。目标是创建一种“自动化材料”,该材料可以根据需要进行固定和组装。完全组装的零件会占用很多空间,但是这些材料可以放平直到需要时再暴露在一定的电流下,然后重新成型。

当电压通过时,智能材料会改变它们的形状,其他材料会对温度变化、磁场变化、酸度变化以及光学变化做出反应。关于智能材料的潜在用途,我们仅仅了解到了皮毛。

                                                                                                         自组装工程材料–照片来源:麻省理工学院自组装实验室


4)人造蜘蛛丝

多年以来,蜘蛛丝一直以其令人难以置信的抗张强度和弹性而著称–在动物界中,它具有多种用途,从捕获猎物到使用长网在树木之间滑动或滑行。从许多方面来看,我们现在才刚刚开始学习我们许多人每天都会遇到的这种有趣材料的独特特征。

作为一种工程材料,蜘蛛丝可用于制造超轻便,富有弹性的衣服,高强度的绳索,外科绷带和线,甚至用于生物医学应用的人造肌腱。


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