研究人員開發了可微觀設計的具有能量吸收的緩沖材料
2014-09-01 來源：中國聚合物網
勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的研究人員運用硅基油墨通過3D打印技術制造出了可編程設計的具有機械能量吸收特性的硅膠緩沖物質。
像固體凝膠和多孔泡沫這樣的材料可以作為填充物和緩沖物，但它們都有各自的優缺點。固體凝膠是有效的填充物質，但其相對較重；凝膠性能還會受溫度的影響，另外由于其沒有孔隙結構導致它只能在一個有限的范圍內進行壓縮。多孔泡沫則更輕、更易壓縮，但它們的性能并非始終如一，這是因為無法在泡沫生產過程中精確地控制孔隙（或氣泡）的大小、形狀和位置。
為了克服這些限制，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一個由工程師和科學家組成的團隊已經找到一種方法——疊加式制造（3D打印技術），從微米尺度上設計和制造新型緩沖材料，這種方法很容易進行編程設計，制成的產品在性能上超出了材料物質組成的限制。
該研究成果已經作為一篇論文發表在《新型功能材料》雜志上了。
以工程師埃里克·多斯和科學家湯姆·威爾遜為首的利弗莫爾研究人員側重于利用硅基油墨印刷固化后形成類似橡膠的材料，來創造一種具有微架構的緩沖物質。在印刷過程中，油墨沉積堆疊成一連串的單層水平排列的細絲（可細如人的頭發）。第二層細絲是在與第一層相垂直的方向上排列的。然后就是不斷重復這個過程，直到其達到了我們所期望的高度和孔隙結構。
LLNL（勞倫斯利弗莫爾國家實驗室）的研究人員構造了兩種不同的物質結構，一種是內嵌堆疊結構，而另一種是交錯結構（如圖所示）。當這兩種結構采用相同的組成材料進行構造，并且具有相同的孔隙度時，它們各自在壓力和切變力測試下的表現卻完全不同。疊層結構在壓縮之后會變得更硬，并且在持續壓縮之后，會造成屈曲失穩。交錯結構在壓縮后則變得更柔軟，在持續壓縮之后頂多也只會彎曲變形而已。疊層結構的材料的構成是堅固的網格，這使得它面對壓力時會產生更大的阻力，而交錯結構在每條細絲之間會有空隙，這會使它面對壓力時產生相對較小的阻力。
在LLNL的工程師托德·威斯格伯的幫助下，該團隊已經能夠模擬和預測每種結構體系在壓力和切變力下的性能表現。由于泡沫材料的無規則結構導致這一技術將很難或不可能對其模擬和預測。
研發工程師兼主要創始人埃里克·多斯說“這種材料在超高分辨率的微觀尺度上達到規定的排列方式的能力是獨一無二的，它為業界提供了一個前所未有的制造規范水準”。
研究人員設想將這些新的能量吸收材料應用在更多方面，包括鞋子和頭盔的襯墊，精密儀器的防護材料，并且能夠應用于航空航天儀器上用來抵抗和消除溫度劇烈波動和機械振動帶來的不利影響。
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（責任編輯：xu）
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