2018/07/02
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受螳螂虾武器的启发，科学家开发更坚固的3D打印结构
在寻找加强材料的方法时，大自然通常会提供最佳答案。 近日，普渡大学的研究人员从螳螂虾获得灵感，他们使用3D打印技术开发受彩虹螳螂虾启发的新型超强材料。 在最近的研究中，研究人员与加利福尼亚大学河滨分校合作，进一步开发一类新型超韧材料。
受螳螂虾武器的启发，科学家开发更坚固的3D打印结构
究竟是什么让螳螂虾脱颖而出？它实际上可以击败甚至粉碎其装甲猎物（主要是软体动物和其他螃蟹），它们的耐损伤性和优异的机械性能也是众所周知的。 令人惊叹的海洋生物在拳头后面拥有令人难以置信的力量，并且可以像22口径子弹一样快速地冲锋。
受螳螂虾武器的启发，科学家开发更坚固的3D打印结构
新的研究结果表明，纤维是许多海洋甲壳动物壳和昆虫外骨骼中发现的物质，排列成类螺旋状楼梯的螺旋结构。“这种机制以前从未被详细研究过”Zavattieri 说。“我们发现，随着裂纹的发展，裂纹扩展的驱动力逐渐减小，促进了其他类似机制的形成，从而防止材料突然崩溃。我认为我们终于可以解释为什么材料如此强硬。“在实验方面，我们使用现有的材料来创建验证这一理论的复合材料。”
普渡大学博士生Nobphadon Suksangpanya;加州大学河滨分校的博士生Nicholas A. Yaraghi;加州大学河滨分校化学与环境工程与材料科学与工程教授David Kisailus; Zavattieri在“生物医学材料力学行为杂志”和“国际固体与结构杂志”杂志上发表了两篇关于他们精彩作品的论文。
受螳螂虾武器的启发，科学家开发更坚固的3D打印结构
先前的研究发现，该然的螺旋结构设计是为了承受重复的高速冲击。当裂纹形成时，他们遵循扭曲模式，而不是直接在结构上传播，导致失败。加州大学河滨分校的电子显微镜拍摄的新图像显示，不是单个裂纹继续传播，而是形成许多较小的裂缝 - 消散撞击时材料吸收的能量。研究人员创建并测试了以这种3D打印复合材料，利用相机和数字图像相关技术捕获裂纹行为，以研究材料的变形。
受螳螂虾武器的启发，科学家开发更坚固的3D打印结构
Zavattieri说：“我们正在建立复合材料以前没有的新机制。 传统上，当我们生产复合材料时，我们将纤维放在一起，但并不是最佳的，而大自然正在教会我们应该如何去做。“这些发现可以帮助开发更轻，更坚固和更坚韧的材料，用于包括航空航天，汽车和体育在内的许多应用。
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