点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:遇强则强 柔性抗冲击材料如何实现“智能应变”?
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

遇强则强 柔性抗冲击材料如何实现“智能应变”?

来源:光明网2023-05-26 09:17

  想象一下,你正在进行极限运动,例如滑雪、攀岩或者 BMX 骑行,除了运动和自然美景带来的刺激,你还得面对身体上的疲劳和不小心撞击带来的伤害。如果有一类材料可以帮你大大降低身体受到的冲击力,减少你遭受疼痛和受伤的几率,你是否会感到兴奋呢?这类材料已经存在,被称作为柔性智能抗冲击材料。

  “中国科学院力学研究所团队创新性提出柔性智能抗冲击材料因子这一概念,英文名叫Flexible Intelligent Anti-impact Material factor,简称FIAM因子,是一类在介观-微观尺度具备应变率增强特征,并可以通过微结构、分子和原子等不同层面与传统工程材料结合,在不改变材料初始性状的条件下,提升对外部冲击载荷的智能响应能力的功能性单位。那添加了FIAM因子的材料,我们就统称为柔性智能抗冲击材料,所以它不是特指一种材料,而是一系列材料的组合。”中国科学院力学研究所博导、正高级工程师魏延鹏在日前举行的柔性智能抗冲击防护技术媒体沙龙上介绍说。

遇强则强 柔性抗冲击材料如何实现“智能应变”?

中国科学院力学研究所博导、正高级工程师魏延鹏介绍柔性智能抗冲击材料

  日常生活中,有一类流体,对其施加冲击力的时候,会出现较强的抵抗力,甚至会呈现出固体的性质,而当冲击力消失的时候,又恢复成流体,体现出典型的“遇强则强、遇弱则弱”的特性,这类材料被称为“剪切增稠液体”,比如淀粉糊。2018年6月,魏延鹏团队研究发现,剪切增稠液体对冲击及其后续的振动具有神奇的智能效应,具备物理滤波器的作用,能对在高速冲击下的物体或结构起到很好的保护作用。

  “这里的智能是指针对不同的冲击,材料的响应是不同的。有点类似于滤波器,需要的频带保留,不需要的频带全部滤掉。从本质上来说,这中间发生的是一种物理的变化,也就是剪切增稠液体在承受压力的时候,材料中细微的二氧化硅颗粒会形成‘抱团取暖’的效应,从而提供比较强的抵抗力。”魏延鹏解释说。

  此外,生活中还有一类在承受冲击时会发生化学变化的材料,被称作“剪切增稠胶材料”,有点类似橡皮泥材料,在自然状态下非常柔软,而在承受冲击情况下,能释放出非常强大的抵抗力,而且冲击力越大,抵抗力越强。2021年11月,魏延鹏团队通过刚柔并济的设计原理,首次提出将剪切增稠胶作为防弹衣的缓冲层,可以有效降低子弹冲击对诸如心脏等人体器官的伤害。

  通过多年的研究积累,魏延鹏团队发现,能够起到剪切增稠效果的材料有很多,而发挥作用的关键因素有的在颗粒层面,有的在分子层面,有的则在原子层面。基于此,魏延鹏团队提出用FIAM来定义这一类具有智能抗冲击效果的材料。

  “虽然这些材料拥有非常优异的抗冲击性能,但是它们自身特性却十分不稳定,很容易发生沉淀和变质,所以无法直接应用到工程材料中。”魏延鹏说。

遇强则强 柔性抗冲击材料如何实现“智能应变”?

凝胶型FIAM因子

  为了突破这一瓶颈,魏延鹏团队经过研究,提出了FIAM因子定向赋能工艺,也就是将这些材料中具备的智能抗冲击响应的因子提取出来,然后再根据不同的冲击环境,比如子弹冲击、人体跌倒、屏幕冲击等,进行反向设计,将FIAM因子注入到传统材料中,从而形成兼具可靠性和抗冲击性能的新型防护材料。

遇强则强 柔性抗冲击材料如何实现“智能应变”?

FIAM因子与各类工程材料进行复合形成的新型柔性智能抗冲击材料

  据悉,FIAM柔性智能抗冲击技术目前在柔性屏幕冲击防护、动力电池灌封防护、老年擦倒防护产品、运动瑜伽产品等已经实现了技术转化和产品落地。

  “我们现在已经建立了一个FIAM因子库,有30多种,种类很多,有固体的,液体的,凝胶的,可以选出不同的FIAM因子跟现有的工程材料进行复合,从而形成最适合某个应用场景的抗冲击材料,而且我们已经在怀柔科学城建立了一个年产 30吨的中试生产能力的生产线。”魏延鹏表示,接下来将聚焦柔性智能抗冲击防护技术更深层次的机理研究。(肖春芳)

 

[ 责编:涂子怡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 全国多地开展国家网络安全宣传活动

  • 永丰村迎秋粮收获

独家策划

推荐阅读
今年入夏以来,西北太平洋与南海海域的台风仿佛开启了“流水线”模式,接连生成、登陆,引发社会广泛关注。
2026-09-15 09:35
气候变化可能进一步改变全球极端降雨、洪水和季风过程,短期水文事件对陆地塑料向河流和海洋输送的影响也可能随之变化。厘清这种“脉冲式”污染输送机制,有助于提高全球海洋塑料污染预测的准确性,并为更具针对性的塑料污染治理提供科学依据。
2026-09-15 09:27
错坚河冰崩发生点和下游传输侵蚀通道。研究指出,气候变暖背景下,喜马拉雅山地区的冰冻圈灾害正呈现频次增加与链式放大的复合态势。研究指出,此次冰崩与气候变暖影响下冰裂隙扩张、从冰面向冰内和冰床排水加剧直接相关。
2026-09-15 09:26
记者从国家药监局了解到,我国第三个脑机接口医疗器械标准于14日被批准发布。据悉,为了支持我国脑机接口医疗器械重大创新、满足产业发展急需,国家药监局采用快速程序立项和批准。
2026-09-15 09:23
工科学习与研究强调实践牵引、逻辑思维和科学方法,解决问题更是落脚点——学生可以借助AI,但不能被AI替代。工科学习,不仅是吸收知识的过程,更是应用理论、方法和工具提升学生解决工程实践问题的能力的过程。
2026-09-15 09:25
拍卖会是全国优质种公牛资源展示的舞台。与华西牛同台竞争的,不乏安格斯、西门塔尔等国内外优质牛,可近4届“标王”无一例外都花落华西牛。
2026-09-14 09:26
甲烷的“存在感”远不及二氧化碳,但增温效应不容小觑。有研究认为湖泊贡献了全球自然甲烷排放的75%,也有测算认为占比不足两成。但实际排放多少、国际模型是否适用于我国,长期缺乏本土实测验证。
2026-09-14 09:25
位于今青海省海西州格尔木市南部的布尔汗布达山山体,是当代地质学界、地理学界公认的东昆仑主干,也是青藏公路、青藏铁路的关键地标——昆仑山口所在地。
2026-09-14 09:14
近日,记者从吉林大学获悉,该校生物考古实验室在全球首次完成已灭绝古生物奥氏马的完整形态复原。
2026-09-14 09:15
2026年国家网络安全宣传周期间,光明网联合科普中国推出AI科技伦理系列科普视频,引导公众理性认知技术逻辑,秉持算法向善理念,共建网络安全生态。
2026-09-14 09:15
实现人的自由全面发展,是人工智能伦理治理的逻辑起点与价值原点。
2026-09-11 08:42
2019年,一场生态修复让一个古人类遗址——云南蝙蝠洞遗址浮出水面。之后,多支科研团队开展跨学科综合研究,让丹尼索瓦人在中国西南腹地缺失的关键地理拼图得以补充。
2026-09-11 08:51
在位于内蒙古自治区呼和浩特市和林格尔新区的人才创新谷,工作人员操作和林格尔数据中心集群多云算力资源监测与调度平台,实时监测、动态调度算力资源。
2026-09-11 09:10
人类全基因组约30亿个碱基对中,仅1%—2%编码蛋白质,其余包含不编码的“垃圾DNA”及控制基因表达时间、位置和强度的调控序列。
2026-09-11 09:07
8月也是非极地海域有记录以来最温暖的一个月。海表温度峰值达21.1℃,是有观测以来最高的海表温度。
2026-09-11 08:51
一般来说,人力资源社会保障部每年会征集一批新职业信息,对征集到的新职业建议,按照相关工作要求和程序进行筛选确定。”谷俊明说,兼具古法制香功底、香文化讲解与体验教学能力的复合型香艺人才不断成长,将推动古老香文化焕发生机。
2026-09-10 09:52
当今地球正处于冰室气候背景下,大气二氧化碳(CO2)浓度不断上升,全球气候变暖加剧。这意味着初始火山升温之后,天文轨道的胁迫作用增加了高纬度太阳辐射,进而加速了冰盖的融化和冻土层的解冻。
2026-09-10 09:47
灶台、吊柜、换鞋凳、智能床、坐式淋浴器……这个展区被布置成一个家一般的样板间。护理床边,一台人形照护机器人伸出机械臂,托起人体模型的腿,模拟辅助卧床老人活动肢体。
2026-09-10 09:39
实验结果显示,嫦娥五号月壤中不同矿物的弹性模量分布范围较广,不同矿物间的弹性模量差异显著,呈橄榄石>辉石>钛铁矿>尖晶石>斜长石的次序,其中斜长石的弹性模量明显偏低。进一步分析发现,无论矿物来自地球、月球还是陨石,不同来源的矿物在微观变形过程中的响应机制可能遵循某种共性的内在规律,相关机理仍有待进一步深入研究。
2026-09-10 09:35
再过10多天就是农历秋分,第九个中国农民丰收节也将如约而至。联欢活动庆丰收板块,将举办城乡群众庆祝丰收的联欢活动,打造农民唱主角、百姓共联欢的丰收文艺盛宴,呈现荆楚农民唱响赞歌、分享喜悦的丰收景象。
2026-09-10 09:30
加载更多