用多孔铝包裹陶瓷球体!全球首款不可切割的材料诞生:可用于制作锁具和防护服

来自:前瞻网 2020-08-01

金属依靠其 " 坚不可摧 " 的特性,经常被用来制作锁和螺栓等安全用途的用品。不过,一般的金属仍然可能会被一些切割器等轻易切断、钻破。

由英国杜伦大学和德国弗劳恩霍夫机床与成型技术研究所 IWU 领导的国际研究团队,从葡萄柚坚韧的细胞外皮和贝壳的抗断裂外壳中获得了制造新材料的灵感,创造出了他们所说的第一种制造出来的不可切割材料。

这种可以在安全、健康和安全行业中使用的轻质新材料—— Proteus(根据变形神的神话命名),可以将切削工具的作用力 " 能量逆转 " 传回去。Proteus 这种新材料由陶瓷球体制成,该陶瓷球体被包裹在多孔的蜂窝状铝结构中,在测试中,角磨机、钻头或高压水刀无法切割这些陶瓷球。

图:金属陶瓷超材料的分层结构。(a)夹心板样品(245 mm × 172 mm × 40 mm),(b)陶瓷球呈线状组织,(c)圆柱形试样(直径 60 mm × 150 mm)垂直排列陶瓷球,(d )圆柱体的横截面,其颜色与蜂窝状铝的壁厚相对应,(e)陶瓷球体彼此不接触,但由铝制泡孔隔开,(f)蜂窝泡孔比陶瓷小一个数量级 (g)铝电解槽壁的厚度通常在 0.2 到 0.4mm 之间变化。

Proteus 是由与生物聚合物材料相互连接的陶瓷体制成的,从而拥有了超强的抗断裂能力。为了抵御最猛烈的强行切割工具,软体动物壳中发现的有机材料(如文石砖)在实验中被工业氧化铝陶瓷和铝泡沫金属基体所取代。

新材料坚固,轻巧且不可切割。研究人员说,它可以用来制造自行车锁、轻型装甲防护服,以及那些使用切削工具的人的防护设备。

研究结果发表在《科学报告》(Scientific Reports)杂志上。新材料系统具有不断变化的内部结构,可以动态变化,并在与切削工具相互作用的地方产生高速运动,这种动态响应更类似于一种活体结构。

该材料由包裹在陶瓷球体周围的蜂窝状铝结构制成,这对切削刀具具有双重破坏作用。当使用角向磨光机或钻头切割时,由套管内部的陶瓷球所产生的振动会钝化切割盘或钻头等工具。

圆盘和陶瓷球之间的相互作用产生了一个互锁的振动连接,可以持续不断地抵抗切削工具的 " 宰割 "。这让刀片逐渐腐蚀,最终由于圆盘或钻头的力和能量转向其自身而失效,并且刀片因自身的攻击而被削弱和破坏。

此外,陶瓷会破碎成细微颗粒,这些颗粒会填充材料的孔状结构,并且随着刀具速度的增加,陶瓷颗粒之间的原子间力会使微粒硬化。这样,材料的适应性进一步增强,排斥了任何攻击。

即使是锋利快速的水刀(水射流切割),也会在这种材料面前黯然失色:因为陶瓷球的曲面拓宽了射流面积,这大大降低了它的速度并削弱了它的切割能力。

论文首席作者、杜伦大学工程系应用力学助理教授 Stefan Szyniszewski 博士解释称:" 从本质上来说,切割我们的材料就像切开装满金块的果冻一样。如果要切入果冻,您会先碰到金块,并且材料会振动,从而破坏了切割盘或钻头。"

" 我们设计的细胞结构融合了葡萄柚和贝类的结构特点。虽然它们是由相对较弱的有机物组成的,但却拥有突出的防破坏性能。这些自然结构揭示了金属陶瓷材料的工作原理——基于与应用负载的动态交互作用,而非被动抑制。"

" 嵌入在这种柔性材料中的陶瓷也由非常细的颗粒制成,当您在高速切割时,它们会变硬并抵抗角磨机或钻头,就像沙袋可以抵抗并阻止高速飞来的子弹一样。"

研究人员表示,这种材料在安防和安全行业中可能还有许多有用而激动人心的应用,他们将会进一步发掘。" 到目前为止,我们还不知道其他任何制造的不可切割材料。"

研究人员们的这项材料技术正在申请专利,他们希望与行业合作伙伴合作,以便将其开发成面向市场的产品。

编译 / 前瞻经济学人 APP 资讯组

参考来源://www.sciencetimes.com/articles/26557/20200721/proteus-material-resistant-to-cutting-tools.htm

//scitechdaily.com/proteus-technology-new-material-is-strong-light-and-non-cuttable/