研究人员结合4D打印技术制备出可调节、可编程拉胀超材料

拉胀力学超材料在受到轴向拉伸时会产生横向扩张,并表现出优异的力学性能,如抗剪切、耐压缩和抗冲击等性能,在航空航天、生物医疗等领域有着广阔的应用前景。

近日,哈尔滨工业大学冷劲松教授课题组受生物组织卷曲、缠绕状的胶原纤维启发,将波浪状韧带引入手性结构中并结合4D打印技术,设计制备了具有力学性能可调节、可编程和可重构的拉胀力学超材料超材料的微结构由波浪状韧带和圆环节点组成,具备旋转对称特性。相关研究成果发表在《先进功能材料》杂志上。

研究人员结合4D打印技术制备出具有力学性能可调节、可编程拉胀超材料

根据围绕在每个节点的韧带数量可以分为六韧带和四韧带结构。微结构的几何参数(ω/l1l2/l1R0/l1t2/l1t1/l1和2θ (2α))决定了超材料的宏观力学属性。此外,几何参数的多样性为调节、定制超材料的宏观力学行为创造了机会。建立了几何参数与宏观力学属性之间的关系,揭示了超材料的变形机理,实现了对非线性应力-应变关系和泊松比的调控。力学性能和变形之间的定量关系实现了超材料的可编程性和可重构性,提高了力学超材料的设计自由度和自适应能力。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

超材料的非线性力学行为具备匹配多种生物组织/器官的能力,并实现了具有一种几何参数的超材料的非线性力学行为在两种生物材料之间进行相互转换。研究人员还演示了该材料在柔性电子及力学/构型均可个性化定制的医疗器械中的应用前景。

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