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

  • 神舟二十二号与空间站完成对接

  • 我国在建最北高铁全线铺轨贯通

独家策划

推荐阅读
近日,自然资源部发布了矿产资源节约与综合利用先进适用技术目录(2025年版),共有376项技术入选,其中新增入选186项,与2022年版相比有了大幅更新。
2025-11-26 10:26
全国科学技术名词审定委员会近日举办2025年度工作会议暨学术年会。
2025-11-26 10:24
不久前,国务院办公厅印发《关于加快场景培育和开放推动新场景大规模应用的实施意见》,首次在国家层面对场景培育开放进行系统部署。看似细微的“场景”二字,实则内蕴驱动产业变革、催生颠覆性技术的巨大能量,是撬动全局创新的重要支点。
2025-11-26 10:22
光明日报北京11月25日电 记者温源从中交集团获悉,我国自主设计建造的新一代超大型耙吸挖泥船“通浚”轮25日在中国黄海海域成功完成全部海上试验项目,顺利返航停靠江苏启东振华船厂码头。“通浚”轮是我国首艘自主设计建造的35000立方米舱容等级超大型耙吸挖泥船,最大舱容达38168立方米,位列亚洲第一、世界第二。
2025-11-26 10:15
日前,记者来到广西南宁东部新城的宁福新能源科技有限公司生产车间,这里的机械臂精准协作,生产线正全速运转,每天超10万颗电池下线发往全球。依托面向东盟的比较优势,南宁将新能源电池产业列为核心牵引性产业,以全产业链思维开展精准招商。
2025-11-26 10:13
传统无机颜料虽然色彩稳定,却因重金属添加而存在健康风险隐患。“新型稀土环保颜料的呈色策略突破了传统颜料的局限,其出现及量产不仅解决了传统颜料有毒性、环境污染等问题,还在稳定性和生产成本上展现出显著优势。
2025-11-26 10:06
《办法》明确,卫星导航定位基准站的建设和运行维护实行统一规划、统一标准、统一监管,以“合理布局、依法备案、资源共享、保障安全”为原则,必须符合国家有关法律法规、技术规范和标准。
2025-11-25 09:43
稳步提升乡村建设水平,包括优化乡村规划布局、推进基础设施提档升级、推动公共服务普惠均等、探索创新乡村建设推进方式等。
2025-11-25 09:40
机器人完成一个后空翻动作,关节转动误差需控制在0.5度以内;医疗植入人体的陶瓷关节,表面粗糙度若超过0.1微米
2025-11-25 03:05
党的二十届四中全会指出,“加快人工智能等数智技术创新,突破基础理论和核心技术,强化算力、算法、数据等高效供给”。
2025-11-25 03:05
11月24日,中国科学院国家空间科学中心召开空间科学先导专项最新亮点成果发布会,集中发布了空间科学卫星任务在宇宙暂现天体、宇宙线传播、太阳爆发等领域取得的系列重大科学突破。
2025-11-25 03:05
随着人工智能技术的飞速发展,各个领域都在发生深刻变革,教育系统也刮起了AI风。
2025-11-25 03:05
燕矶长江大桥是亚洲首个专业货运枢纽机场——鄂州花湖国际机场的重要配套工程,是鄂黄第二过江通道的重要组成部分。
2025-11-24 09:02
11月23日,由中国半导体行业协会、中国电子信息产业发展研究院主办的第二十二届中国国际半导体博览会在北京开幕。
2025-11-24 03:15
从国家管网集团西部管道有限责任公司获悉,截至11月21日,我国最长原油管道——西部原油管道实现安全平稳运行18年,累计输送原油超2亿吨。
2025-11-24 03:15
作为中国和南非两国合作推动科普教育的重要实践,中国科学技术馆与南非Sci-Bono科学中心合作建设的“倾听科学空间”21日正式向公众开放。逾百嘉宾和观众到场体验。
2025-11-24 03:15
为AI4S领域培养兼具理论素养与产业落地能力的复合型人才,同时助力企业技术创新与行业生态构建。
2025-11-24 03:15
2025年度“十大”科普热词从科技、文化、社会等维度,综合勾勒出2025年我国科普事业发展、科技前沿动态、科学传播与社会文化融合的整体态势和核心方向。
2025-11-21 15:11
枫清科技与麒麟软件达成战略合作,双方将围绕AI技术创新、产品研发、市场拓展等方面开展深度合作,共同推动信创产业生态的完善与发展。
2025-11-21 13:13
走进国家重要野生植物种质资源库辰山中心种子冷库,零下20摄氏度的寒气扑面而来,一排排整齐编号的收纳容器中,是进入“深度睡眠”状态的各类野生植物种子。
2025-11-21 09:53
加载更多