在3D打印空心晶格內(nèi)注入鐵磁流體，添加磁場即變硬

2018年12月11日，南極熊從外媒獲悉，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員發(fā)明了一種新的超材料，由填充鐵磁流體的空心3D打印晶格結(jié)構(gòu)組成，這種超材料暴露在磁場中時立即變硬。它的潛在用途包括從軟機(jī)器人和光學(xué)外殼到智能裝甲。

由LLNL工程師Julie Jackson Mancini領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開始創(chuàng)建可調(diào)節(jié)的超材料，特別是磁場響應(yīng)機(jī)械超材料（FRMM）。他們采用了大面積投影微光刻（LAPμSL）平臺，該平臺專門在大空間內(nèi)進(jìn)行3D打印微尺度特征;需要這樣的技術(shù)要求來生產(chǎn)測試所需的復(fù)雜管狀晶格結(jié)構(gòu)的薄壁。在3D打印之后，在晶格管道內(nèi)注入磁流變液，因此壁必須足夠強(qiáng)以處理加載壓力和鐵磁流體的額外重量，但也足夠靈活，以便能夠檢測和測量磁場時的剛度變化。

大多數(shù)具有動態(tài)機(jī)械性能的超材料需要幾分鐘或幾小時才能發(fā)生變化。 FRMM的響應(yīng)時間不到一秒，當(dāng)施加特定的磁場時，鐵磁流體中的磁性分子排列成鏈，立即使晶格結(jié)構(gòu)變硬。Mancini說， “在本文中，我們真的希望專注于具有可調(diào)特性的超材料的新概念，已經(jīng)證明，通過結(jié)構(gòu)，超材料可以創(chuàng)造有時在自然界中不存在或可以高度設(shè)計的機(jī)械特性，但是一旦你構(gòu)建了這個結(jié)構(gòu)，你就會被這些屬性所困擾。這些超材料的下一個演變是可以根據(jù)外部刺激調(diào)整其機(jī)械特性的東西。這些存在，但它們通過改變形狀或顏色及時間來應(yīng)對獲得響應(yīng)的時間可以是幾分鐘或幾小時。使用我們的FRMM，整體形式不會改變，響應(yīng)非�？欤�這使得它與其他材料區(qū)別開來�！�

除了剛度之外，還可以調(diào)整磁場以調(diào)用各種機(jī)械性能，Mancini解釋說：“真正重要的不僅僅是開關(guān)響應(yīng)，通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度，我們可以獲得廣泛的機(jī)械性能�！跋冗M(jìn)的懸架系統(tǒng)和航空航天部件也可以從非�？焖�，精確的運(yùn)動中受益，而不需要笨重的伺服系統(tǒng)。


該團(tuán)隊現(xiàn)在正在努力將這兩種材料融合，不需要手動鐵磁流體注入步驟。 研究小組成員之一Ken Loh教授評論說，該技術(shù)的未來發(fā)展“可能會導(dǎo)致新技術(shù)，例如戰(zhàn)斗機(jī)的靈活裝甲，當(dāng)發(fā)現(xiàn)威脅時會瞬間變硬�！�


編譯自：3ders