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刚柔并进 神奇的可弯曲陶瓷材料
2025年04月30日 11:51:25
来源：化工仪器网 作者：小王 点击量：1159
研究团队利用3D打印技术，将复杂的经典折纸图案Miura-ori融入到了陶瓷框架，设计出一种特殊的具备复杂折叠结构的陶瓷材料。并且在该结构表面涂覆了一层可拉伸且具备生物相容性的聚合物，赋予陶瓷全新的机械性能。
对于大部分材料而言，刚性和韧性就像是鱼和熊掌，大部分时候无法同时兼顾。简单来说，硬度高的材料往往存在脆性，在特定方向受力后，容易损坏。而其中颇具代表的一类材料便是陶瓷材料。
凭借高硬度和耐热性，陶瓷材料在如今受到了广泛应用，但是其受到外力挤压，极易出现开裂甚至粉碎，因此在动态或高应力环境中，难以发挥其优势。尤其是在医疗假肢、航空航天以及机器人等领域，这一特质极大程度上限制了陶瓷材料的使用。也正因如此，如何在保留陶瓷材料刚性的同时赋予其韧性成为了材料学的一个长期课题。就在近日，美国休斯敦大学团队将古代折纸艺术的设计理念与现代材料科学相结合，成功将柔性设计理念引入到陶瓷结构中，突破了陶瓷韧性弱的局限。
据悉，研究团队利用3D打印技术，将复杂的经典折纸图案Miura-ori融入到了陶瓷框架，设计出一种特殊的具备复杂折叠结构的陶瓷材料。并且在该结构表面涂覆了一层可拉伸且具备生物相容性的聚合物，赋予陶瓷全新的机械性能。
经过处理后的新型材料不但在承受来自不同方向施加压力时，均体现出优异的抗压能力和弹性恢复能力。并且有效避免了传统陶瓷材料韧性差的，易出现碎裂的情况。而在系统测试以及计算机模拟验证后，数据表明，新型陶瓷材料即便在原本最脆弱的方向上，依旧具备了保护其完整的显著韧性。
事实上，Miura-ori本身也是一种广泛用于工程和空间展开系统中的结构，其本身是一种将平面材料压缩成更小空间但仍保持平整特性的折叠方式。而将其应用到材料设计中，也为后续材料开发提供了一种全新的思路，对于未来材料创新同样有着非比寻常的意义。
此外，新型的陶瓷材料还满足了人类现阶段对于轻质、高强度材料的设想，这对于后续多领域应用及技术的拓展也有着重要的意义。
目前，已经发表在新一期《先进复合材料和混合材料》期刊上，感兴趣的读者可以进行进一步了解。
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