超材料是一類具有微觀結構的合成材料,其賦予整體材料卓越的性能。過去,研發重點大多放在設計比傳統超材料更堅固、更堅硬的產品上。然而,這里存在一個矛盾點:材料越硬,柔韌性往往就越差。
如今,麻省理工學院的工程師們成功找到了一種方法,能讓超材料既堅固又有彈性。通常情況下,基礎材料高度剛性且易碎,但通過以精確、復雜的圖案進行印刷,就能形成兼具堅固性與柔韌性的結構。
這種新材料的雙重特性關鍵在于其結合了堅硬的微觀支撐結構和柔軟的編織架構。這種微觀的“雙重網絡”是通過一種類似有機玻璃的聚合物打印而成,能夠制造出一種材料,使其在不完全斷裂的情況下可以拉伸至其原始尺寸的四倍以上。相比之下,其他形式的聚合物幾乎沒有伸展性,一旦出現裂痕就會很容易碎裂。
研究人員表示,這種新的雙網絡設計可應用于其他材料,比如制造彈性陶瓷、玻璃和金屬。這種堅韌且可彎曲的材料,能用于制作抗撕裂紡織品、柔性半導體、電子芯片封裝,還能制成耐用且適配性好的支架,用于培養細胞以進行組織修復。
“我們正在為超材料開拓新的領域,”麻省理工學院副教授 Carlos Portela 說道,“你可以打印雙網金屬或陶瓷,這樣能獲得諸多優勢,因為破壞它們需要消耗更多能量,而且它們的拉伸性能也要好得多。”
Portela 及其同事于近日在 Nature Materials 雜志上發表了這一研究成果。其他作者包括 James Utama Surjadi,以及 Bastien Aymon 和 Molly Carton。 |