靈感源于骨骼，科學家利用立體光刻技術(shù)開發(fā)出可調(diào)整剛度的輕質(zhì)材料

來源：cnBeta.COM

據(jù)New Atlas報道，科學家們在研究下一代材料時經(jīng)常從大自然中尋求靈感，一個研究骨骼和木材的多孔微結(jié)構(gòu)的工程師小組想出了一個巧妙的生物模仿例子，具有廣泛的潛力。這種輕質(zhì)的新材料充滿了小孔，可以在外科植入物和飛機中找到應用，以便在受力區(qū)域提供高程度的剛度。

這種新材料的設計是由普林斯頓大學和佐治亞理工學院的研究人員構(gòu)思的，其特點是所謂的spinodal微結(jié)構(gòu)。這些網(wǎng)狀的微孔是以骨、動物角和木材等天然材料中發(fā)現(xiàn)的不同類型的孔為模型，這些孔具有不同的形狀，如柱子、鉆石或球體，以獲得最佳性能。結(jié)構(gòu)中的孔的方向、大小和形狀可以被微調(diào)，以提供特定方向的硬度，例如，或控制材料的密度或重量。

佐治亞理工學院的研究生、這項新研究的第一作者Fernando Vasconcelos da Senhora說：“你有實際的結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)一起工作來獲得卓越的性能。”

研究人員通過設計和3D打印一個由光聚合物樹脂制成的面部植入物原型來證明這些材料的潛力。該植入物具有精心設計的柱子和扁豆形狀的孔，其硬度足以承受咀嚼的力量，而孔的大小也能通過促進體液的流動來促進骨骼的生長和愈合。

據(jù)科學家們說，由于幾何形狀可以被如此精細地調(diào)整，這些植入物可以由許多不同的材料制成。在另一個例子中，他們用自旋微結(jié)構(gòu)作為噴氣發(fā)動機支架的基礎，該支架將發(fā)動機固定在飛機上。然而，對于人體的植入物，生物安全材料將是明顯的選擇。

“更好的不是基礎材料。更好的是微觀特征�！惫餐�作者、佐治亞理工學院機械工程系助理教授Emily Sanders說：“理論上，我們可以用任何材料制作支架--最合適的是探索生物相容性材料�！�

研究人員說，這些被他們稱之為結(jié)構(gòu)化材料的創(chuàng)造物的潛力在于它們在一個物體中不同類型的微結(jié)構(gòu)之間無縫過渡的方式。這使得它們不太可能有弱點，同時允許對剛度和其他特性進行微調(diào)。

該項目的主要研究人員Glaucio Paulino說：“我們擁有一種相當強大的技術(shù)，因為它將材料結(jié)構(gòu)與不同規(guī)模的優(yōu)化結(jié)合起來，并與增材制造結(jié)合起來。從規(guī)模化的意義上說，它可以有廣泛的應用，因此它可以應用于納米和微觀技術(shù)，以及中尺度和宏觀尺度。”

該研究以題為“Optimally-Tailored Spinodal Architected Materials for Multiscale Design and Manufacturing”的論文發(fā)表在《先進材料》雜志上。

相關論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109304