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兩年前，普渡大學(xué)的研究人員受七彩螳螂蝦的啟發(fā)開發(fā)出了一種新型的具有超強(qiáng)性能的3D打印材料。近日，研究人員與加利福尼亞大學(xué)河濱分校合作，旨在開發(fā)出一類新型具有超韌性能的材料。

七彩螳螂蝦可以輕松的擊敗甚至粉碎其它裝甲獵物(主要是軟體動物和螃蟹)，這些獵物的耐損傷性和優(yōu)異的機(jī)械性能也是眾所周知的。但是七彩螳螂蝦可以像.22口徑子彈一樣快速地?fù)舸?，并且擁有令人難以置信的力量。

研究發(fā)現(xiàn)，許多海洋甲殼動物殼和昆蟲外骨骼中都含有纖維物質(zhì)，并且排列成類螺旋狀樓梯的螺旋結(jié)構(gòu)?！斑@種機(jī)制以前從未被詳細(xì)研究過”Zavattieri說?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，隨著裂紋的發(fā)展，裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動力逐漸減小，促進(jìn)了其他類似機(jī)制的形成，從而防止材料突然崩潰。我認(rèn)為我們終于可以解釋為什么材料如此強(qiáng)硬?！霸趯?shí)驗(yàn)方面，我們使用現(xiàn)有的材料驗(yàn)證了這一理論的復(fù)合材料?！?/p>

普渡大學(xué)博士生Nobphadon Suksangpanya；加州大學(xué)河濱分校的博士生Nicholas A. Yaraghi；加州大學(xué)河濱分?；瘜W(xué)與環(huán)境工程與材料科學(xué)與工程教授David Kisailus；Zavattieri在“生物醫(yī)學(xué)材料力學(xué)行為雜志”和“國際固體與結(jié)構(gòu)雜志”雜志上發(fā)表了兩篇關(guān)于他們精彩作品的論文。

之前的研究發(fā)現(xiàn)，螺旋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以承受重復(fù)的高速沖擊。當(dāng)裂紋形成時，他們遵循扭曲模式，而不是直接在結(jié)構(gòu)上擴(kuò)散，導(dǎo)致斷裂。加州大學(xué)河濱分校的電子顯微鏡拍攝的圖像顯示，當(dāng)材料遭受沖擊時，它不會形成單個裂紋繼續(xù)傳播，而會形成許多較小的裂縫，吸收并消散材料遭受撞擊時的能量。研究人員創(chuàng)建并測試了以這種行為為模型的3D打印復(fù)合材料，利用相機(jī)和數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)捕獲裂紋行為，以研究材料變形形態(tài)。

Zavattieri說：“我們正在建立復(fù)合材料的新機(jī)制。傳統(tǒng)上，當(dāng)我們生產(chǎn)復(fù)合材料時，我們將纖維放在一起，但這并不是最好的，而大自然正在教會我們應(yīng)該如何去做。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助我們開發(fā)出更輕、更堅(jiān)固和更堅(jiān)韌的材料，用于包括航空航天、汽車和體育在內(nèi)的許多應(yīng)用。”