受网络启发的超材料更能抵御冲击
· BehindLines 编辑部
麻省理工学院（MIT）和东北大学的工程师设计出一种材料，其内部结构是由大小差别极大的梁组成的无序网络，而不是原样重复的图案。据MIT的新闻稿称，这种“富尺度超材料”比传统的有序版本更能吸收冲击。该研究于11月11日发表在《自然》杂志上。
打破重复
在超材料中，是内部结构赋予材料非同寻常的性能。此前通常是重复同一个基本单元，例如方形或蜂窝状晶格。MIT机械工程副教授Carlos Portela解释说，这类均匀图案有局限：一旦某个区域被刺穿或开裂，相邻的相同单元会以同样方式变形，整体很快失效。
研究团队转向网络科学，这门学科可描述从神经回路到互联网的各种网络，并与东北大学的物理学家Albert-László Barabási合作。算法按随机的角度和位置画线，线条越来越短、越来越细。只需两个参数，即起始粗细及其递减速度，就能产生多种多样的网络，并调节刚度。
测试
研究人员用3D打印制作了聚合物样品，大小如一张银行卡，梁的尺度从微米到厘米不等。他们对样品进行重物坠落和压缩测试，并与传统晶格和蜂窝状样品比较。结果显示网络结构更耐受压缩和冲击。Portela把这归因于尺度的丰富：一处失效时，周围的网状结构可防止突然断裂。论文摘要还提到高度可调的弹性各向异性和较强的能量吸收。
另一项演示中，一种密度像柚子厚皮那样变化、边缘更致密的材料，保护了置于中心的易碎物体。
为什么重要
据MIT称，这种方法可用于设计头盔、装甲或声学透镜。伦敦帝国理工学院的Tim Chen没有参与这项研究，他认为这为任何需要承重、吸能或控制振动的结构提供了设计框架。所述测试针对的是3D打印的聚合物样品。这项工作得到美国国家科学基金会DMREF项目的支持。