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你听说过超材料吗?
这是21世纪出现的一类新材料,它具有人工设计的结构,且拥有天然材料不具备的超常物理性质。
最广为人知的超材料可能是气凝胶——即通过一定的方式,用气体来代替普通凝胶中的液相物质,最终形成的一种纳米级多孔固态材料。
作为世界上最轻的固体,气凝胶已入选吉尼斯世界纪录。
由于其密度极小、耐高温、热绝缘、且非常坚固等特性,已广泛使用于航空航天领域。
最近,《高级功能材料》杂志发表了一篇论文,介绍了科研人员是如何通过模拟剪纸的方式,让3D打印的超材料可以搭建出新的模型,从而为超材料的具体应用提供了新思路。
具体来说,类似剪纸与折纸方式,科研人员用3D超材料制作了一系列两侧开口的纸立方体,通过不同的连接方式,这些类似积木的立方体可以折叠成超过30万种不同的设计。
为了演示这种结构的实用性,研究人员创建了十多个可重新配置的构建块。每个构建块由8个相连的立方体组成,可以重新配置成八种不同的形状。
研究人员重点介绍了每个单元可以重新配置成不同结构的方式,这些结构如何组装成更大的结构,以及组装好的大型结构如何分解回可重新配置的块。
此研究负责人,来自北卡罗莱纳州立大学机械和航空航天工程副教授JieYin表示,用户可以拆卸和重新配置这些3D超材料,以执行不同的任务,比如以一种方式折叠以使其易于压缩,以另一种方式折叠以允许横向移动等等。
未来,这些3D超材料或可应用于建筑轻质结构材料、模块化机器人组件和声学超材料中的波导等。