輕盈又堅韌,科學家開發出抗斷裂材料 Proteus

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 21 日 22:45 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


英國杜倫大學和德國夫朗和斐協會(Fraunhofer Institute)推出世界上第一種不可切割的輕質人造材料 Proteus,密度只有鋼鐵的 15%,在兼顧輕盈和抗斷裂的特性下,這種材料未來或許可用來製成堅固的自行車鎖和輕型裝甲。

Proteus 主要由氧化鋁陶瓷球製成,在設計過程中,研究人員從葡萄柚堅固的蜂窩狀皮膚及軟體動物殼中霰石成分汲取了靈感,打造出一種全新的輕質材料。

《科學報告》(Scientific Reports)研究的測試中,不論是角磨機、鑽頭或高壓水刀,都無法完全割穿 Proteus 材料。

▲ 使用角磨機切割一分鐘後,刀片呈現過度磨損狀態。

據了解,這種抗斷裂的特性主要來自於 Proteus 內部的陶瓷球體,當使用角磨機或鑽頭切割時,陶瓷球體會產生破壞性的振動鈍化切削工具,當對象是高壓水刀時,陶瓷球的形狀會讓水刀變寬,從而大大降低了其切割速度。

除此之外,當陶瓷球碎成細小顆粒時還會填入材料的孔洞中。由於陶瓷顆粒間的分子間作用力,當磨削、鑽削速度越快,Proteus 的硬度也會變得越高,使其力道和能量重新回到切銷機本身上。

杜倫大學應用力學助教 Stefan Szyniszewski 形容,嘗試切割 Proteus 基本上就會像切開裝滿金塊的果凍一樣,當你穿過果凍就會碰到金塊,材料會振動並破壞切割機的鋸片或鑽頭。

「這種材料在安保和安全行業中可能會有許多有用且令人興奮的應用。實際上到目前為止,我們還沒發現有其他已經製造出的非切割材料存在。」

除了自行車鎖和輕便裝甲,團隊認為 Proteus 也能應用在使用切割工具人員的防護裝備上,研究團隊目前正在申請專利,尋求與製造商合作將其推向市場。

(圖片來源:Stefan Szyniszewski et al. CC BY 4.0)

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