受螳螂蝦武器的啟發(fā)，科學家開發(fā)更堅固的3D打印結(jié)構(gòu)

在尋找加強材料的方法時，大自然通常會提供最佳答案。 2018年6月29日，南極熊從外媒獲悉，普渡大學的研究人員從螳螂蝦獲得靈感，他們使用3D打印技術(shù)開發(fā)受彩虹螳螂蝦啟發(fā)的新型超強材料。 在最近的研究中，研究人員與加利福尼亞大學河濱分校合作，進一步開發(fā)一類新型超韌材料。

究竟是什么讓螳螂蝦脫穎而出？它實際上可以擊敗甚至粉碎其裝甲獵物（主要是軟體動物和其他螃蟹），它們的耐損傷性和優(yōu)異的機械性能也是眾所周知的。 令人驚嘆的海洋生物在拳頭后面擁有令人難以置信的力量，并且可以像22口徑子彈一樣快速地沖鋒。

新的研究結(jié)果表明，纖維是許多海洋甲殼動物殼和昆蟲外骨骼中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，排列成類螺旋狀樓梯的螺旋結(jié)構(gòu)。

“這種機制以前從未被詳細研究過”Zavattieri 說?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，隨著裂紋的發(fā)展，裂紋擴展的驅(qū)動力逐漸減小，促進了其他類似機制的形成，從而防止材料突然崩潰。我認為我們終于可以解釋為什么材料如此強硬。

“在實驗方面，我們使用現(xiàn)有的材料來創(chuàng)建驗證這一理論的復合材料?！?br />
普渡大學博士生Nobphadon Suksangpanya;加州大學河濱分校的博士生Nicholas A. Yaraghi;加州大學河濱分?；瘜W與環(huán)境工程與材料科學與工程教授David Kisailus; Zavattieri在“生物醫(yī)學材料力學行為雜志”和“國際固體與結(jié)構(gòu)雜志”雜志上發(fā)表了兩篇關(guān)于他們精彩作品的論文。

先前的研究發(fā)現(xiàn)，該然的螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了承受重復的高速沖擊。當裂紋形成時，他們遵循扭曲模式，而不是直接在結(jié)構(gòu)上傳播，導致失敗。加州大學河濱分校的電子顯微鏡拍攝的新圖像顯示，不是單個裂紋繼續(xù)傳播，而是形成許多較小的裂縫 - 消散撞擊時材料吸收的能量。

研究人員創(chuàng)建并測試了以這種3D打印復合材料，利用相機和數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)捕獲裂紋行為，以研究材料的變形。

Zavattieri說：“我們正在建立復合材料以前沒有的新機制。 傳統(tǒng)上，當我們生產(chǎn)復合材料時，我們將纖維放在一起，但并不是最佳的，而大自然正在教會我們應該如何去做。“

這些發(fā)現(xiàn)可以幫助開發(fā)更輕，更堅固和更堅韌的材料，用于包括航空航天，汽車和體育在內(nèi)的許多應用。


編譯自：3ders