炭黑產(chǎn)業(yè)網(wǎng)據(jù)世界橡膠展消息，國(guó)馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校(UMass Amherst)，一個(gè)研究小組最近宣布，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種新的橡膠狀固體物質(zhì)，具有令人驚訝的品質(zhì)。該研究已發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》雜志上。
該研究的主要作者梁旭東目前是哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳校區(qū) (HITSZ) 的教授，他在 UMass Amherst 的博士后期間完成了這項(xiàng)研究。
具有嵌入磁鐵的彈性材料，其磁極用紅色和藍(lán)色進(jìn)行顏色編碼。將磁鐵定向在不同的方向會(huì)改變超材料的響應(yīng)。圖片來(lái)源：阿默斯特分校。
該物質(zhì)具有吸收和釋放大量能量的潛力，并且可以進(jìn)行編程。這種新材料具有廣泛的應(yīng)用前景，從允許機(jī)器人在不使用額外能量的情況下獲得更大的動(dòng)力，到可以更快地消散能量的新型頭盔和安全材料。
馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校聚合物科學(xué)與工程教授Alfred Crosby指出，想象一根橡皮筋，你把它拉回來(lái)，當(dāng)你放開(kāi)它時(shí)，它飛過(guò)房間。現(xiàn)在想象一個(gè)超級(jí)橡皮筋。當(dāng)你將其拉伸超過(guò)某個(gè)點(diǎn)時(shí)，會(huì)激活存儲(chǔ)在材料中的額外能量。當(dāng)你松開(kāi)這個(gè)橡皮筋時(shí)，它會(huì)飛一英里。
這個(gè)假想的橡皮筋由一種新的超材料組成——一種被設(shè)計(jì)成具有天然材料中沒(méi)有的特性的物質(zhì)——它集成了一種彈性和橡膠狀的物質(zhì)，其中固定有小磁鐵。
這種新的所謂“彈磁”材料利用稱(chēng)為相移的物理特性來(lái)顯著放大材料可以釋放或吸收的能量。
當(dāng)材料從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì)發(fā)生相移：想象水變成蒸汽或液體混凝土硬化成人行道。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)材料相發(fā)生變化時(shí)，能量要么被釋放，要么被吸收。
相移不僅限于液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)之間的變化——甚至可能發(fā)生從一種固相到另一種固相的轉(zhuǎn)變。可以利用釋放能量的相移作為電源。然而，獲得足夠的能量一直是最難的部分。
Crosby說(shuō)，“為了放大能量釋放或吸收，你必須在分子甚至原子水平上設(shè)計(jì)一個(gè)新結(jié)構(gòu)。但是，這很難做到，甚至更難以可預(yù)測(cè)的方式做到。然而，我們已經(jīng)克服了這些挑戰(zhàn)，不僅制造了新材料，還開(kāi)發(fā)了設(shè)計(jì)算法，使這些材料能夠以特定的響應(yīng)進(jìn)行編程，使其具有可預(yù)測(cè)性。
研究人員從自然界中觀察到的一些閃電般的快速反應(yīng)中獲得了靈感：捕蠅草和捕蠅草的快速關(guān)閉。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳校區(qū)梁旭東教授表示，我們已經(jīng)把它提升到了一個(gè)新的水平。通過(guò)將微型磁鐵嵌入彈性材料中，我們可以控制這種超材料的相變。由于相移是可預(yù)測(cè)和可重復(fù)的，我們可以對(duì)超材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其完全按照我們的意愿去做：要么吸收來(lái)自大沖擊的能量，要么釋放大量能量以進(jìn)行爆炸性運(yùn)動(dòng)。
這項(xiàng)研究得到了美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)陸軍研究辦公室以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳校區(qū) (HITSZ) 的資金支持，適用于任何需要閃電般快速響應(yīng)或高強(qiáng)度沖擊的場(chǎng)景。
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