天然材料的細胞形式是由國際工程師團隊開發(fā)的新型輕質3D打印智能建筑材料的靈感來源。該團隊由格拉斯哥大學的工程師領導，將一種常見的工業(yè)塑料與碳納米管混合，創(chuàng)造出一種比同類傳統(tǒng)材料更堅韌、更堅固、更智能的材料。

納米管還允許原本不導電的塑料在其整個結構中攜帶電荷。當結構受到機械載荷時，其電阻會發(fā)生變化。這種被稱為壓敏電阻的現象使材料能夠“感知”其結構健康狀況。

通過使用先進的3D打印技術，對打印結構的設計提供高水平的控制，他們能夠創(chuàng)建一系列具有中尺度多孔結構的復雜設計，這有助于減輕每個設計的整體重量并最大限度地提高機械性能。

該團隊的蜂窩設計類似于自然界中發(fā)現的多孔材料，如蜂箱、海綿和骨頭，它們重量輕但堅固耐用。

研究人員認為，他們的細胞材料可以在醫(yī)學、假肢以及汽車和航空航天設計中找到新的應用，這些領域需要具有自我感知能力的低密度、堅韌材料。

該研究可作為《先進工程材料》雜志的早期觀點論文在線獲得。

在論文中，研究人員描述了他們如何研究他們使用定制材料打印的三種不同納米工程設計的能量吸收和自感應特性，該定制材料由聚丙烯無規(guī)共聚物和多壁碳納米管制成。

在測試的三種設計中，他們發(fā)現其中一種表現出機械性能和自我感應能力的最有效組合——一種立方體形狀的“板格”，其中包含緊密排列的平板。

當受到單調壓縮時，晶格結構顯示出與相同相對密度的鎳泡沫相似的能量吸收能力。它還優(yōu)于許多其他相同密度的傳統(tǒng)材料。

該研究由格拉斯哥大學詹姆斯瓦特工程學院的ShanmugamKumar博士、劍橋大學的VikramDeshpande教授和麻省理工學院的BrianWardle教授領導。

Kumar博士說：“大自然有很多東西可以教工程師如何平衡特性和結構以創(chuàng)造高性能的輕質材料。我們從這些形式中汲取靈感來開發(fā)我們的新型蜂窩材料，這些材料與傳統(tǒng)生產的材料相比具有獨特的優(yōu)勢對應物，并且可以微調以操縱它們的物理特性。

“我們選擇的聚丙烯無規(guī)共聚物提供了增強的加工性能、更好的耐溫性、更好的產品一致性和更好的沖擊強度。碳納米管有助于使其機械堅固，同時賦予導電性。我們可以選擇孔隙度在設計和構建多孔幾何結構以增強特定于質量的機械性能。

“像這樣的輕質、更堅韌、自我感應的材料在實際應用中具有很大的潛力。例如，它們可以幫助制造更輕、更高效的車身，或者為患有脊柱側彎等問題的人制造能夠感知身體何時出現的背撐沒有得到最佳支持。它們甚至可以用來為電池創(chuàng)建新形式的架構電極。

該團隊的論文題為“通過增材制造實現納米工程自傳感晶格的多功能性”，發(fā)表在AdvancedEngineeringMaterials上。