波纹塑料被证明是一种新型“多稳定”超材料的典范，这种材料可以可逆地改变形状。这种洞察力可以带来新的应用，从机器人到医疗设备。物理学家Anne Meeussen(以前是AMOLF/莱顿大学，现在是哈佛大学)和Martin van Hecke (AMOLF/莱顿大学)在2023年9月20日发表的《自然》杂志文章中描述了这些材料。
从一朵展开花瓣的花到一个机器人抓住一个物体:我们周围的事物都在改变形状。研究人员受到大自然的启发，创造出可以从一种形状转变为另一种形状的材料。但有一个问题。通常，这些形状是不稳定的，如果它们是稳定的，它们就不能被重塑。克莱也有类似的问题;用软粘土制成的形状是不稳定的，但一旦粘土被烘烤，它的形状就不能重置。
在《自然》杂志的文章中，Meeussen和Van Hecke描述了一种设计真正多稳定超材料的新规则。Van Hecke解释说:“这是第一次，我们可以制造出可以在多种稳定条件下运行的材料，这些条件也可以很容易地逆转。”
这一发现的基础是一种结构看似简单的材料:含有波纹或凹槽的塑料片或任何其他柔性材料。当这种槽片被拉动时，凹槽弯曲并形成垂直于凹槽的延伸脊。即使你停止拉扯，这个脊也会保持在原来的位置，并迫使薄片形成新的形状。
结合各种脊状结构，形成漂亮的卷形、螺旋形和螺旋形，即使在独立站立时也很稳定。“然而，如果你把薄片拉得更远，山脊就会消失，你可以再次开始重塑，”范·赫克说。
Meeussen发现，每一个弯曲的凹槽都是一个缺陷，相邻的缺陷会相互检测:如果你把它们拉近，它们就会相互排斥。“但是，如果两个缺陷紧挨着，它们就会粘在一起。”这意味着脊状结构是由缺陷链组成的，这些缺陷链相互吸引并锁在一起。
“了解这些缺陷、脊线和形状需要相当长的时间，”Meeussen说，他对材料进行了分析，并对波纹塑料进行了计算机模拟、计算和大量实验。“这一切都发生在COVID-19封锁期间，所以我在家里做了很多实验。”
新发现的多稳定性和变形材料原理开辟了许多不同类型的应用，例如可折叠的应急外壳;像支架这样的医疗设备，可以以一种形状进入人体，一旦进入体内，就可以折叠成另一种稳定、有用的形状;甚至可以在可编程形状之间轻松切换的机器人部件也是可行的。
总而言之，这是一组美丽的发现，特别是因为这项研究一开始就像孩子的游戏一样。Van Hecke说:“我的女儿和一个朋友曾经玩他们在饼干包装里找到的瓦楞纸。这位朋友在床单上扯了一个脊，然后给了我女儿，说:“你爸爸会喜欢这个的。”她是对的!在那之后，我的儿子也想出了各种各样的形状，我知道有一些令人兴奋的东西有待发现。”
这三个孩子在《自然》杂志上的贡献都得到了官方认可。
更多资料:A.S. Meeussen和M. van Hecke，具有可重写图案的可切换形状变形的多稳定薄片，Nature(2023)。DOI: 10.1038/s41586-023-06353-5期刊信息:Nature
AMOLF提供
引用:波纹塑料激发了可编程材料的新设计原则(2023,September 20) 2023年9月20日检索自https://techxplore.com/news/2023-09-corrugated-plastic-principle-programmable-materials.html本文档
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