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美国发现皮皮虾掠肢会吸收冲击力 可应用于汽车

2020-09-22 09:00:24 盖世汽车网 

盖世汽车讯 据外媒报道,美国加州大学欧文分校(University of California, Irvine,UCI)的材料科学研究人员正在了解螳螂虾(皮皮虾)的弹性,此种古老的甲壳类动物有两个锤状的掠食附肢,称为dactyl club(掠肢),可用于猛击和粉碎猎物。此类掠肢能够以50英里/时的速度挥出有力的一击,但是却可让掠肢完好无损。

(图片来源:phys.org)

UCI的研究人员发现,皮皮虾的掠肢上有一种独特设计的纳米颗粒涂层,可以吸收和消耗能量,对汽车、航空航天和体育行业内工程材料的设计具有重要启发意义。

UCI材料科学&工程系教授David Kisailus表示:“想象一下,以这样的速度猛击一堵墙数千次,但是拳头却不会折断。” David研究皮皮虾已经超过10年,他与博士后学者Wei Huang采用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜检查了皮皮虾掠肢表面的纳米级结构和材料成分,确定该纳米颗粒是由有机(蛋白质和多糖)和无机(磷酸钙)纳米晶体交织而成的双连续球体。

此种3D无机纳米晶体是一种介晶质,就像乐高积木堆叠在一起一样,连接的地方在方向上有微小的差异。此种晶体界面对其表面的弹性至关重要,确保在高速撞击时不会断裂,同时将穿透深度减少一半。

Kisailus表示:“高分辨率的透射电子显微镜帮助我们了解此类颗粒如何构成,在不同类型的压力下如何反应。在应变率相对较低的情况下,此类颗粒的变形几乎跟棉花糖一样,在压力减轻之后,就会恢复原状。”

他还指出,在高应变冲击力下,该结构的行为也会非常不同。在纳米晶体界面,颗粒会硬化并断裂。此种坚硬的无机材料与柔软的有机材料在一个网络中互相渗透,令该涂层具有优越的阻尼性能且不会影响到硬度,表现优于大多数金属和工业陶瓷。

现在,研究人员正专注于将该发现应用于各种领域,如制成增强型保护表面,用于汽车、飞机、足球头盔和防弹衣等。

(责任编辑: HN666)
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