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

  • 西藏和平解放75周年丨高原逐绿电 西藏大力发展清洁能源

  • “两山”理念与美丽中国|杭州中小微水体治理的硬核实践

独家策划

推荐阅读
记者从农业农村部获悉,截至5月28日17时,各地已收夏粮小麦4897万亩、当日机收面积超过1000万亩,今年全国“三夏”大规模小麦机收全面展开。
2026-05-29 09:11
垦利10-2油田位于渤海南部海域,探明原油地质储量超1亿吨,是渤海湾盆地凹陷带浅层发现的首个亿吨级岩性油田。中国海油天津公司工程技术作业中心相关负责人介绍:“垦利10-2油田钻完井作业面临井型多、层系多、开发方式多等‘三多’难点。
2026-05-29 09:09
早上8时许,四川省南充市高坪区走马镇姜家祠村村民姜萧将孩子送到村委会“农忙托管班”。为解决农忙季小孩看护缺位问题,姜家祠村因地制宜开设季节性公益“农忙托管班”,为村内适龄儿童提供免费集中托管服务。
2026-05-29 09:06
中国卫星导航定位协会近日发布《2026中国北斗时空产业发展白皮书》。所谓“北斗时空产业”,是以北斗卫星导航系统为核心,深度融合遥感地理信息、移动通信等多种技术手段的综合性产业体系。
2026-05-29 09:02
据中国载人航天工程办公室消息,神舟二十一号和神舟二十三号航天员乘组于28日进行交接仪式,两个乘组移交了中国空间站的钥匙。
2026-05-29 08:52
  人工智能(AI)正以前所未有的速度重塑着教育形态。放眼全球,AI与教育深度融合已不是“未来时”,而是汹涌澎湃的“现在进行时”。在这场由硅基智慧引发的教育革命面前,世界各国都在“大显身手”,基于各自特有的文化背景、教育传统与国家发展战略定位,在“AI+教育”的实施路径上展现出“百花齐放”之势。
2026-05-28 02:10
  当前,我国科普阅读需求呈现出高意愿、高黏性、高集中度的特点。调研显示,成人科普图书核心读者以36岁以上成熟群体为主,占比达82%,女性读者占62%,绝大多数为本科学历以上,企业技术人员、教育科研工作者、都市职场人构成消费主力。超过六成读者每周阅读三次以上,近三分之一年均阅读10本以上,阅读稳定性显著高于其他大众图书。
2026-05-28 02:10
站在河北沧州南皮县乌马营镇徐和杨村的航丰家庭农场地头,放眼望去,成方连片的小麦已泛起嫩黄,一派“小满未满,将熟未熟”的景象。
2026-05-28 02:00
中国社会科学院考古研究所(中国历史研究院考古研究所)27日发布最新成果。2025年9月至今,考古研究所已出版考古报告13部,专著、学术资料、科普读物13部,图录、论文集、数据集8部,中英文顶级、权威期刊上的简报、论文30余篇,并积极建设实验室集刊平台。
2026-05-28 02:00
27日0时16分,我国在文昌航天发射场使用长征七号改运载火箭,成功将通信技术试验卫星二十四号发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-05-28 01:40
在提交毕业论文终稿的最后时刻,辽宁省某高校教育学专业研二学生宋耘(化名)还是选择了求助某“专门降论文AIGC(人工智能生成内容)率”的商家。
2026-05-28 01:40
中国卫星导航定位协会近日发布的《2026中国北斗时空产业发展白皮书》显示,2025年,北斗时空产业总产值达到13323亿元。北斗核心产品持续迭代升级,芯片、模组等基础产品小型化、低功耗、高精度水平不断提升,国内主流手机北斗定位精度持续优化,为产业规模化应用奠定了坚实的技术基础。
2026-05-27 09:36
5月27日0时16分,我国在文昌航天发射场使用长征七号改运载火箭,成功将通信技术试验卫星二十四号发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-05-27 09:26
“十五五”规划纲要提出,投资于物和投资于人紧密结合。
2026-05-27 03:00
大屏幕上的数字快速跳动。十几轮激烈竞逐后,最终定格在212.4万元,成交!这是日前记者在湖北碳排放权交易中心电子竞价大厅看到的一幕。
2026-05-27 03:10
检测AI率,目的是维护学术研究的严肃性公平性,督促学生遵守学术规范、产出原创成果。然而,在现实操作中,一系列困扰学生乃至老师、学校的问题接连显露。
2026-05-27 02:50
位于北京大兴区的长子营湿地公园,草木葱茏,水面澄澈,鸟鸣声清脆悦耳,勾勒出一幅生机盎然的生态画卷。
2026-05-26 09:24
我国虽然核电铀燃料对外依存度高,但钍资源储量丰富,目前探明钍储量位居世界第二。以钍作核燃料不仅符合我国资源禀赋,甚至可能改变未来全球能源格局。
2026-05-26 09:18
我国已累计发布1750项食品安全标准,涉及2万多个指标,覆盖340多种食品类别,持续完善科学严谨、好用管用的食品安全标准体系。
2026-05-26 09:11
入汛以来,全国平均降水量达110.1毫米,较常年同期偏多18.6%。从空间分布来看,我国南北方均出现降水量较常年同期明显偏多区域。
2026-05-26 09:11
加载更多