LLNL工程师创建新的微米能量吸收材料

时间：2021-10-02 15:25:00 来源：

通过劳伦斯利弗尔国家实验室研究人员使用硅氧烷型油墨，通过3D印刷工艺生产具有可编程机械能吸收性能的有机硅垫。

Lawrence Livermore国家实验室的工程师开发了一种设计和制造新的微观缓冲材料，具有广泛的可编程性质。

像固体凝胶和多孔泡沫这样的材料用于填充和缓冲，但每个材料具有其自身的优点和限制。凝胶是衬垫的有效，但相对沉重;凝胶性能也可能受到温度的影响，并且由于缺乏孔隙度，具有有限的压缩范围。泡沫较轻，更可压缩，但由于无法准确地控制空隙制造过程中空隙（或气袋）的尺寸，形状和放置，它们的性能不一致。

为了克服这些限制，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的工程师和科学家团队已经找到了一种在微观的新缓冲材料上设计和制造的一种方法，具有广泛的可编程性质和比较限制的行为材料的组成，通过添加剂制造，也称为3D印刷。

该研究是在先进的功能材料中发表的论文的主题。

Livermore研究人员由工程师Eric Duoss和科学家汤姆威尔逊领导，专注于使用硅氧烷的油墨创造微架坐垫，所述墨水在印刷后固化以形成橡胶状材料。在印刷过程中，将油墨作为一系列水平对齐的长丝（其可以是单层可以是人的头发）的沉积物。然后将第二层长丝置于垂直方向上。该过程自身重复，直到达到所需的高度和孔隙结构。

LLNL研究人员使用两种不同的配置构造靠垫，一个在一个内联的堆叠配置中，另一个是交错配置（见P）。虽然两个架构都是由相同的组成材料制成并且具有相同程度的孔隙率，但它们各自在压缩和剪切下表现出显着不同的反应。堆叠的架构在压缩中更致密，并且随着压缩的增加，经历屈曲不稳定。交错的架构在压缩中更柔软，并且更加弯曲的变形变形。堆叠结构具有下方的固体材料，以提供更多的支撑，而交错结构在每根灯丝下具有空隙，可提供更少的压缩抵抗力。

在LLNL工程师Todd Weisgraber的帮助下，该团队能够在压缩和剪切下模拟和预测每个架构的性能。由于它们的随机结构，这种壮举将难以或不可能用泡沫复制。

“在这个分辨率的材料上拨打预定行为的能力是独一无二的，它提供了在Eric Duoss，Resion e和Lead Author表示之前没有看到的定制水平。

研究人员设想在许多应用中使用他们的新型能量吸收材料，包括鞋和头盔插入件，用于敏感仪器的保护材料和航空航天应用，以打击温度波动和振动的影响。

出版物：Eric B. Duoss等，“弹性体的三维印刷，具有负刚度的蜂窝架构”，高级功能材料，第24卷，第31页，第4905-4913页，2014年8月20日; DOI：10.1002 / adfm.201400451

图像：劳伦斯·利弗莫尔国家实验室

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