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，當(dāng)你放開它時(shí)，它飛過房間。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”材料利用稱為相移的物理特性來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，“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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