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剛柔并進 神奇的可彎曲陶瓷材料
2025年04月30日 11:51:25
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：3721
研究團隊利用3D打印技術，將復雜的經典折紙圖案Miura-ori融入到了陶瓷框架，設計出一種特殊的具備復雜折疊結構的陶瓷材料。并且在該結構表面涂覆了一層可拉伸且具備生物相容性的聚合物，賦予陶瓷全新的機械性能。
對于大部分材料而言，剛性和韌性就像是魚和熊掌，大部分時候無法同時兼顧。簡單來說，硬度高的材料往往存在脆性，在特定方向受力后，容易損壞。而其中頗具代表的一類材料便是陶瓷材料。
憑借高硬度和耐熱性，陶瓷材料在如今受到了廣泛應用，但是其受到外力擠壓，極易出現(xiàn)開裂甚至粉碎，因此在動態(tài)或高應力環(huán)境中，難以發(fā)揮其優(yōu)勢。尤其是在醫(yī)療假肢、航空航天以及機器人等領域，這一特質極大程度上限制了陶瓷材料的使用。也正因如此，如何在保留陶瓷材料剛性的同時賦予其韌性成為了材料學的一個長期課題。就在近日，美國休斯敦大學團隊將古代折紙藝術的設計理念與現(xiàn)代材料科學相結合，成功將柔性設計理念引入到陶瓷結構中，突破了陶瓷韌性弱的局限。
據悉，研究團隊利用3D打印技術，將復雜的經典折紙圖案Miura-ori融入到了陶瓷框架，設計出一種特殊的具備復雜折疊結構的陶瓷材料。并且在該結構表面涂覆了一層可拉伸且具備生物相容性的聚合物，賦予陶瓷全新的機械性能。
經過處理后的新型材料不但在承受來自不同方向施加壓力時，均體現(xiàn)出優(yōu)異的抗壓能力和彈性恢復能力。并且有效避免了傳統(tǒng)陶瓷材料韌性差的，易出現(xiàn)碎裂的情況。而在系統(tǒng)測試以及計算機模擬驗證后，數(shù)據表明，新型陶瓷材料即便在原本最脆弱的方向上，依舊具備了保護其完整的顯著韌性。
事實上，Miura-ori本身也是一種廣泛用于工程和空間展開系統(tǒng)中的結構，其本身是一種將平面材料壓縮成更小空間但仍保持平整特性的折疊方式。而將其應用到材料設計中，也為后續(xù)材料開發(fā)提供了一種全新的思路，對于未來材料創(chuàng)新同樣有著非比尋常的意義。
此外，新型的陶瓷材料還滿足了人類現(xiàn)階段對于輕質、高強度材料的設想，這對于后續(xù)多領域應用及技術的拓展也有著重要的意義。
目前，已經發(fā)表在新一期《先進復合材料和混合材料》期刊上，感興趣的讀者可以進行進一步了解。
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