比现有设计硬13倍：科学家开发出具有卓越抗压强度的新材料

受深海海绵的启发，RMIT大学的工程师们开发了一种具有非凡抗压强度和刚度的新材料，可以改善建筑和产品设计。

受一种名为“维纳斯花篮”的深海海绵的启发，RMIT大学的工程师们开发了一种具有优异抗压强度和刚度的新材料，为建筑和产品设计提供了潜在的改进。

这种材料的双晶格结构模仿了太平洋海绵的复杂骨架，这种海绵以其弹性而闻名。

根据RMIT最新研究的主要作者马嘉明（音译）博士的说法，广泛的测试和优化证实，这种设计不仅提高了强度和刚度，而且还允许材料在压缩下收缩，使其具有很高的适应性，适用于各种应用。

正是这最后一个方面，也就是所谓的“拉胀行为”，为这种设计在结构工程和其他应用领域的应用开辟了一系列可能性。

马博士说：“大多数材料在拉伸时会变薄，在挤压时会变胖，比如橡胶，而拉胀的作用恰恰相反。”

“拉胀可以有效地吸收和分配冲击能量，使其非常有用。”

克服拉胀材料的局限性

天然的拉胀材料包括肌腱和猫皮，而合成材料则用于制造心脏和血管支架，根据需要进行扩张和收缩。

但是，尽管拉胀材料具有有用的性能，但其低刚度和有限的能量吸收能力限制了其应用。该团队受自然启发的双晶格设计非常重要，因为它克服了这些主要缺点。

马博士说：“每个晶格本身都有传统的变形行为，但如果你把它们结合起来，就像在深海海绵中一样，那么它就能自我调节并保持其形状，并且在相当大的范围内胜过类似的材料。”

发表在《复合结构》杂志上的研究结果表明，在相同材料使用量的情况下，这种晶格的刚度是现有的基于再入式蜂窝设计的拉胀材料的13倍。

与现有设计相比，它还可以吸收10%以上的能量，同时保持其拉胀行为，应变范围增加60%。

建筑和安全的实际应用

Ngoc San Ha博士说，这些特性的独特组合为他们的新材料开辟了几个令人兴奋的应用。

“这种受生物启发的补充晶格为我们开发下一代可持续建筑提供了最坚实的基础，”他说。

他说：“我们的拉胀超材料具有高刚度和能量吸收能力，可以在建筑材料、防护设备、运动装备或医疗应用等多个领域提供显著的好处。”

例如，受生物启发的晶格结构可以作为钢结构建筑框架，允许使用更少的钢和混凝土来达到与传统框架相似的效果。

这种结构也可以作为轻型运动防护装备、防弹背心或医疗植入物的基础。

名誉教授谢国忠表示，该项目突出了从自然中汲取灵感的价值。

他说：“仿生学不仅能创造出像这样美丽优雅的设计，还能创造出经过数百万年进化优化的智能设计，我们可以从中学习。”

下一个步骤

RMIT创新结构和材料中心的团队使用计算机模拟和实验室测试对热塑性聚氨酯制成的3D打印样品进行了测试。

他们现在计划生产钢铁版本的设计，与混凝土和夯土结构一起使用，夯土结构是一种使用压实天然原材料的建筑技术。

马博士说：“虽然这种设计在运动装备、个人防护装备和医疗应用方面有很好的应用前景，但我们的主要重点是建筑和施工方面。”

“我们正在开发一种更可持续的建筑材料，利用我们设计的独特组合，突出的抗压缩性、刚度和能量吸收，以减少建筑中钢材和水泥的使用。

“它的消声和吸能特性也有助于减轻地震时的振动。”

该团队还计划将这种设计与机器学习算法相结合，以进一步优化并创建可编程材料。

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