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兩年前，普渡大學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性能的3D打印材料。近日，研究人員與加利福尼亞大學河濱分校合作，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擊打，并且擁有令人難以置信的力量。

研究發(fā)現，許多海洋甲殼動物殼和昆蟲外骨骼中都含有纖維物質，并且排列成類螺旋狀樓梯的螺旋結構。“這種機制以前從未被詳細研究過”Zavattieri說。“我們發(fā)現，隨著裂紋的發(fā)展，裂紋擴展的驅動力逐漸減小，促進了其他類似機制的形成，從而防止材料突然崩潰。我認為我們終于可以解釋為什么材料如此強硬。“在實驗方面，我們使用現有的材料驗證了這一理論的復合材料。”

普渡大學博士生Nobphadon Suksangpanya；加州大學河濱分校的博士生Nicholas A. Yaraghi；加州大學河濱分校化學與環(huán)境工程與材料科學與工程教授David Kisailus；Zavattieri在“生物醫(yī)學材料力學行為雜志”和“國際固體與結構雜志”雜志上發(fā)表了兩篇關于他們精彩作品的論文。

之前的研究發(fā)現，螺旋結構的設計可以承受重復的高速沖擊。當裂紋形成時，他們遵循扭曲模式，而不是直接在結構上擴散，導致斷裂。加州大學河濱分校的電子顯微鏡拍攝的圖像顯示，當材料遭受沖擊時，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打印復合材料，利用相機和數字圖像相關技術捕獲裂紋行為，以研究材料變形形態(tài)。

Zavattieri說：“我們正在建立復合材料的新機制。傳統(tǒng)上，當我們生產復合材料時，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該如何去做。這些發(fā)現可以幫助我們開發(fā)出更輕、更堅固和更堅韌的材料，用于包括航空航天、汽車和體育在內的許多應用。”