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3D打印聚碳酸酯网可吸收96%冲击能量,保护未来手机屏幕

发布时间:2020-11-10

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  蒙特利尔理工学院的一个团队证明,利用快速成型制造技术设计的织物可以吸收高达96%的冲击能量—使屏幕完全不会破碎。Cell Reports Physical Science杂志发表了一篇文章,详细介绍了这一创新成果,为创造牢不可破的塑料覆盖物铺平了道路。

  文章中揭示的概念和配套研究相对简单。来自蒙特利尔理工学院机械工程系的Frédérick Gosselin教授和Daniel Therriault教授,以及博士生Shibo Zou,想要证明如何将塑料网融入玻璃中,以防止其在撞击时破碎。

  这似乎是一个很简单的概念,但进一步思考就会发现,这个塑料网并不简单。

  研究人员的设计灵感来自于蜘蛛网及其惊人的特性。Gosselin教授解释道:“蜘蛛网能够抵抗昆虫与之相撞的影响,这是因为蜘蛛网能够在分子水平上,在丝蛋白自身内部通过牺牲性的连接而变形。我们的方法受到了这种特性的启发。”

  通过3D打印实现仿生

  研究人员使用聚碳酸酯来实现他们的成果,当加热时,聚碳酸酯会变得像蜂蜜一样粘稠。Gosselin教授的团队利用3D打印机,利用这一特性 "编织 "出一系列厚度不到2毫米的纤维,然后在整个网状物凝固之前,重复这个过程,打印出一系列垂直、快速移动的新纤维。

  事实证明,神奇的地方就在这个过程本身--这也是产品获得其关键特性的地方。

  当它被3D打印机慢慢挤出形成纤维时,熔融的塑料会形成一个圆圈,之后形成一系列的环状物。"一旦硬化,这些环路就会变成牺牲链接,给纤维带来额外的强度。当冲击发生时,这些牺牲环节会吸收能量并断裂,以维持纤维的整体完整性--类似于丝绸蛋白。"研究人员Gosselin解释道。

  在2015年发表的一篇文章中,Gosselin教授的团队展示了这些纤维的制造原理。新的Cell Reports Physical Science文章揭示了这些纤维在交织成网状时的行为。

  研究的主要作者Shibo Zou,利用这篇文章说明了当材料在保护屏内时,这样的网是如何表现的。在将一系列网状物嵌入透明树脂板后,他进行了冲击测试。结果,塑料晶片分散了高达96%的冲击能量而没有破裂。它们没有开裂,而是在某些地方变形,保持了硅片的整体完整性。

  根据Gosselin教授的说法,这种受自然界启发的创新可能产生一种新型的防弹玻璃,或者生产更耐用的塑料保护智能手机屏幕。" 它还可以用于航空领域,作为飞机发动机的保护涂层。"Gosselin教授指出。同时,他当然打算探索这种方法带来的可能性。

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