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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平会见瑞士联邦主席帕姆兰

  • 中国共产党第二十届中央委员会第五次全体会议在京举行

独家策划

推荐阅读
记者詹媛29日从中国汽车工程学会了解到,该学会日前发布了《2027年度中国汽车十大技术趋势》。这份凝聚共识的行业“风向标”提示,明年,汽车的电池会更强、芯片更自主、“硬科技”使用更多,且能减少堵车。
2026-10-30 09:51
如果说户外运动项目是产业发展的根系,选对项目之后还要让它根往深里扎,让项目发展的更有质量。户外运动产业的高质量发展,体现于一个个鲜活的户外运动项目及项目产业的健康成长,根深方能叶茂,户外运动产业才能行稳致远。
2026-10-30 09:49
生态环境部29日公布的全国地表水环境质量状况显示,今年1月至9月,全国地表水Ⅰ至Ⅲ类水质比例为86.1%,同比上升1.7个百分点;劣Ⅴ类水质比例为0.8%,同比下降0.4个百分点。
2026-10-30 09:50
脑膜边界的免疫细胞还会“监控”蛋白清除过程,并促成免疫耐受反应,避免免疫系统误伤大脑自身组织。在正常生理状态下,这一多通路清除系统与蛋白生成之间保持动态平衡。在此背景下,恢复或增强脑内蛋白清除通路的功能成为值得关注的方向。
2026-10-30 09:59
深秋的陕北,天高云淡。记者走进陕西省榆林市佳县方塌镇圪崂湾村现代农业示范园,联排的大棚在黄土高原的沟峁间依次排开。棚内葡萄藤上挂满沉甸甸的果实,工人们正忙着采摘、分选、打包。
2026-10-30 09:56
北京大学地球与空间科学学院教授江大勇领衔的三叠纪国际合作研究团队与贵州省地质博物馆合作,在贵州关岭三叠纪晚期地层中发现两栖类新物种海异螈。
2026-10-30 09:50
“数字乡村是乡村振兴的战略方向,是建设网络强国、农业强国的重要内容。”中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江表示。“十五五”时期数字乡村怎么建?记者就此采访了相关专家,梳理数字乡村建设的发力方向。
2026-10-29 09:56
突然口角歪斜、一侧肢体无力、说话含混,或眩晕、行走不稳、视物异常,都可能是脑卒中的信号。赵文博提醒,等待症状自行缓解、未拨打120而自行送医、仅凭血压高低判断是否发生卒中,以及忽视不典型症状,都是脑卒中急救的常见误区。
2026-10-29 09:58
在创新决策方面,应发挥企业洞悉市场需求、产业需求的优势,研判未来产业走势,强化关键问题凝练,让企业当好“出题者”。构建以科技领军企业为牵引、大中小企业融通共生的创新生态,打造高水平产业集群,是驱动引领未来产业高质量发展的基石。
2026-10-29 09:52
一边是批量产出的“成果”,一边是说“不”的数学界。这场“冲突”让人不得不追问:数学真正在意的究竟是答案还是过程?一份通过了验证却无人能道出所以然的证明,算不算数学的收获?AI闯入数学,二者之间是取代、叠加,还是互相成全?
2026-10-29 09:51
近年来,不少资源型地区加快转型步伐,因地制宜探索利用型修复新模式,对资源开发中形成的退化土地、废弃矿坑、污染水体展开系统治理。
2026-10-29 09:44
10月26日,国家药监局批准全球首个活化凝血因子XI(FXI)抑制剂阿舒克森片(商品名:舒华博)上市,用于降低缺血性卒中或高风险短暂性脑缺血发作(TIA,又称“小中风”)成人患者的卒中风险,不包括心源性栓塞型卒中患者。
2026-10-28 10:18
超市里的肉,颜色看着挺好,但它真的新鲜吗?答案远非肉眼能及。
2026-10-28 10:05
算法依赖云端数据,也把隐私风险从个人终端延伸到平台和云端,成为无法回避的公共议题。分层定价应遵循公开、可解释的商业逻辑;算法越了解消费者,平台越应以此维护公平、保护隐私。
2026-10-28 09:42
近年来,河北省唐山市丰南区将发展特色农业作为富民兴农重要抓手,大力发展麻山药、白萝卜等特色农作物种植,并推行标准化管理,促进农业增效、农民增收,助力乡村振兴。图为10月26日,唐山市丰南区小集镇的农民在田间收获麻山药。
2026-10-28 09:44
生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计。我国高度重视生态环境犯罪的立法和司法,使包括环境污染、生态破坏、资源滥用在内的生态环境犯罪罪刑规范不断完善。
2026-10-28 09:43
联合国教科文组织打造技能供给的普惠发展底座,世界技能组织则以世赛为全球性平台,逐级检验多层次培养方式的效度。可以说,世赛既是推动技能普惠发展、标准互认对齐的过程,更是提升技能人才培养质量的有力抓手。
2026-10-27 09:43
在极端天气阻断鸟类天然觅食通道之时,由专业机构实施救助性补饲,是必要的保护措施。从管理实践看,人工投喂行为需要科学评估、分类施策,而我国的制度供给正不断完善。
2026-10-27 09:46
江苏苏州深耕健康城市建设,将健康医疗服务能力水平列入全市高质量发展综合考核,把体教融合、体卫融合、食品安全保障等内容增至健康中国行动重点任务中;新华社发  “北京密云区联合北大第一医院设立了全科医师综合能力培养项目,我是第二批培训学员。
2026-10-27 09:44
10月23日,国家统计局社科文司《中国创新指数研究》课题组发布的2025年中国创新指数测算结果显示:2025年中国创新指数达到185.5(以2015年为100),比2024年增长6.4%,增幅较上年提高1.1个百分点。
2026-10-27 09:53
加载更多