麻省理工发现测试超材料结构的新方法 可快速识别适用于汽车等的耐冲击材料

盖世汽车讯 据外媒报道，麻省理工学院（MIT）工程师在微观超材料实验中发现，由支柱和横梁组成的复杂蜂窝状结构比相同材料的实心板能更好地承受超音速冲击。重要的是具体结构很重要，有些结构更能抵御影响。

这些材料是有意印刷、组装或以其他方式设计的微观结构，能够赋予整体材料卓越的性能。在发表在期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》的一项研究中，工程师们报告了一种快速测试一系列超材料结构及其对超音速冲击弹性的新方法。

图片来源：麻省理工学院

在实验中，研究小组将微小的印刷超材料晶格悬浮在微观支撑结构之间，然后以超音速向材料发射更小的粒子。然后，该团队使用高速摄像机以纳秒级的精度捕捉到每次撞击及其后果的图像。

研究人员已经确定了一些超材料架构，与完全坚固的非架构对应物相比，这些超材料架构更能抵抗超音速冲击。研究人员表示，他们在微观层面观察到的结果可以扩展到可比较的宏观影响，以预测跨长度尺度的新材料结构将如何承受现实世界的影响。

研究作者、麻省理工学院机械工程专业职业发展教授Carlos Portela表示：“我们了解到，材料的微观结构很重要，即使变形率很高。我们希望找到耐冲击结构，可以将其制成航天器、车辆、头盔以及任何需要轻量化和保护的物体的涂层或面板。”

纯粹的影响

该团队的新高速实验建立在之前的工作基础上，其中工程师测试了超轻碳基材料的弹性。这种材料比人类头发的宽度还细，由微小的支柱和碳束制成，团队将其打印并放置在载玻片上。然后，他们以超音速向材料发射微粒。

这些超音速实验表明，微结构材料能够承受高速冲击，有时会使微粒偏转，有时会捕获它们。“但是有很多问题我们无法回答，因为我们是在基材上测试材料，这可能会影响它们的行为，”Portela说。

在新研究中，研究人员开发乘员一种测试独立式超材料的方法，以观察材料如何在没有背衬或支撑基材的情况下纯粹靠自身承受冲击。

图片来源：麻省理工学院

在目前的设置中，研究人员将感兴趣的超材料悬挂在由相同基础材料制成的两个微观柱之间。根据所测试的超材料的尺寸，研究人员计算了柱子必须相距较远，才能在两端支撑材料，同时允许材料响应任何冲击，而不受柱子本身的任何影响。

“这样，我们就能确保我们测量的是材料特性，而不是结构特性，”Portela表示。一旦团队确定了支柱支撑设计，研究人员就开始测试各种超材料架构。对于每种架构，研究人员首先将支撑柱印刷在小硅芯片上，然后继续将超材料印刷为柱之间的悬浮层。