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

  • 厦金大桥(厦门段)大节段钢箱梁顺利发运

  • 中国援助斯里兰卡抗洪救灾物资运抵科伦坡

独家策划

推荐阅读
“向精准要价值”,是一场从技术导向到需求导向的深刻转型。
2025-12-10 14:00
近十几年来,罗二仓团队聚焦采用环保工质,如氦气、氩气、氮气等绿色工质的热声斯特林技术,研发具有广阔应用前景的新一代热泵技术。
2025-12-10 09:39
中国科学院生物物理研究所徐涛院士课题组与纪伟研究员课题组研制出三维干涉定位显微镜(ROSE-3D),首次在单分子定位成像领域,实现了基于相机的纳米尺度三维各向同性分辨率。
2025-12-10 09:38
“细胞壁是质膜外具有一定硬度和弹性的细胞结构,广泛存在于植物、细菌和真菌中。随着研究逐渐深入,团队发现,在植物茎顶端干细胞区域,细胞壁的主要成分果胶呈现独特的“二元分布”模式。
2025-12-10 09:37
指令长张陆时隔两年半再度漫步太空,航天员武飞成为我国目前执行出舱任务最年轻的航天员。
2025-12-10 09:35
我国首个国家级陆相页岩油示范区——新疆吉木萨尔国家级陆相页岩油示范区9日完成年度170万吨原油生产任务,这一成果标志着国家级示范工程建设任务全面完成。
2025-12-10 09:34
一些不法商家钻监管漏洞,推出所谓“智驾神器”规避车辆安全监控,不仅严重威胁道路交通安全,更触碰了法律红线,扰乱了新能源汽车产业的健康发展秩序。
2025-12-09 10:11
一项新研究揭示了这些天体表面下可能发生的活动,为了解其多样地质特征的形成机制提供了线索。相关研究成果近日发表于《自然-天文学》。
2025-12-09 10:02
实验结果显示,将化合物注射给抑郁模型小鼠后,仅1小时便可观察到显著的抗抑郁效果,且无明显副作用。
2025-12-09 10:01
北京大学生命科学学院罗述金课题组与合作团队,通过古DNA研究发现,家猫直至唐代前后才通过丝绸之路商旅传入中国。
2025-12-09 09:58
7日,中国安全生产科学研究院与国家管网集团,在新疆哈密的国家管网集团管道断裂控制试验场,成功完成了我国首次全尺寸高压纯氢管道喷射火系列试验。
2025-12-09 09:57
基于这样的研究背景,柴秀娟团队近日研发出一种数字孪生驱动的智能温室采摘系统,能有效解决现代温室番茄生产密植环境下,机器人采摘效率低、易损伤植株的问题。团队成员郎一宁介绍:“首先,机器人搭载的滑轨式深度相机会沿温室逐行扫描,采集高精度的RGB-D数据。
2025-12-08 09:54
记者从国家数据局获悉,截至9月底,我国已建成高质量数据集总量超500PB(拍字节,计算机存储容量单位);7个数据标注基地引进和培育标注企业362家,标注从业人员达8.5万人,带动数据标注相关产值163亿元。
2025-12-08 09:53
“梦想”号大洋钻探船的母港在广州海洋地质调查局科考码头,出海执行作业任务时需要通过深中大桥。多年来,我们与150余家参研参建单位团结协作、集智创新,攻克了一个个技术难题,建成了这艘具有我国完全自主知识产权、全球领先的大洋钻探船。
2025-12-08 09:52
空中的昆虫堪称地球上最灵活的生物,能精准完成急转弯、急刹车和空中翻转。美国内华达大学里诺分校的航空航天工程师Hoang-Vu Phan指出,这款新设备标志着“微型机器人性能的巨大飞跃”。
2025-12-08 09:51
近日,中国科学院西安光学精密机械研究所超快光科学与技术全国重点实验室研究员姚保利团队在定量相位成像领域取得进展,提出了正交偏振复用剪切干涉技术,并研发出集成化定量相位相机Q-camera。
2025-12-08 09:50
这次经历让我开了窍:一个顶尖的技术工人,不能只满足于执行标准,更要具备在标准之外创造解决方案的能力。我带徒弟,始终坚持“手把手教技能,实打实查问题,面对面讲后果”。
2025-12-05 10:15
由此,研究团队模仿亚洲玉米螟幼虫头壳的结构特点,在实验室中成功“复刻”出具有类似仿生层状结构的水凝胶。为验证实际效果,研究团队将这种水凝胶安装在农业害虫侦查无人机的防撞支架上,并在模拟果园环境的复杂通道中进行测试。
2025-12-05 10:16
“十四五”时期,我国批准上市创新药达210个。为保证药品安全有效,药监部门对新药研发、生产、上市作出一系列严格规定,强化研发生产各环节质量管理。
2025-12-05 10:22
据中国载人航天工程办公室消息,根据计划安排,神舟二十一号航天员乘组将于近日择机实施第一次出舱活动。目前,空间站组合体运行稳定,神舟二十一号航天员乘组状态良好,已做好出舱活动各项准备工作。
2025-12-05 10:17
加载更多