在3D打印空心晶格內(nèi)注入鐵磁流體，添加磁場即變硬

2018年12月11日，南極熊從外媒獲悉，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員發(fā)明了一種新的超材料，由填充鐵磁流體的空心3D打印晶格結構組成，這種超材料暴露在磁場中時立即變硬。它的潛在用途包括從軟機器人和光學外殼到智能裝甲。

由LLNL工程師Julie Jackson Mancini領導的研究小組開始創(chuàng)建可調(diào)節(jié)的超材料，特別是磁場響應機械超材料（FRMM）。他們采用了大面積投影微光刻（LAPμSL）平臺，該平臺專門在大空間內(nèi)進行3D打印微尺度特征;需要這樣的技術要求來生產(chǎn)測試所需的復雜管狀晶格結構的薄壁。在3D打印之后，在晶格管道內(nèi)注入磁流變液，因此壁必須足夠強以處理加載壓力和鐵磁流體的額外重量，但也足夠靈活，以便能夠檢測和測量磁場時的剛度變化。

大多數(shù)具有動態(tài)機械性能的超材料需要幾分鐘或幾小時才能發(fā)生變化。 FRMM的響應時間不到一秒，當施加特定的磁場時，鐵磁流體中的磁性分子排列成鏈，立即使晶格結構變硬。Mancini說， “在本文中，我們真的希望專注于具有可調(diào)特性的超材料的新概念，已經(jīng)證明，通過結構，超材料可以創(chuàng)造有時在自然界中不存在或可以高度設計的機械特性，但是一旦你構建了這個結構，你就會被這些屬性所困擾。這些超材料的下一個演變是可以根據(jù)外部刺激調(diào)整其機械特性的東西。這些存在，但它們通過改變形狀或顏色及時間來應對獲得響應的時間可以是幾分鐘或幾小時。使用我們的FRMM，整體形式不會改變，響應非常快，這使得它與其他材料區(qū)別開來。“

除了剛度之外，還可以調(diào)整磁場以調(diào)用各種機械性能，Mancini解釋說：“真正重要的不僅僅是開關響應，通過調(diào)節(jié)磁場強度，我們可以獲得廣泛的機械性能�！跋冗M的懸架系統(tǒng)和航空航天部件也可以從非�？焖�，精確的運動中受益，而不需要笨重的伺服系統(tǒng)。


該團隊現(xiàn)在正在努力將這兩種材料融合，不需要手動鐵磁流體注入步驟。 研究小組成員之一Ken Loh教授評論說，該技術的未來發(fā)展“可能會導致新技術，例如戰(zhàn)斗機的靈活裝甲，當發(fā)現(xiàn)威脅時會瞬間變硬。”


編譯自：3ders