用多孔鋁包裹陶瓷球體!全球首款不可切割的材料誕生:可用於製作...
2020-11-23 前瞻網用多孔鋁包裹陶瓷球體！全球首款不可切割的材料誕生：可用於製作鎖具和防護服
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金屬依靠其「堅不可摧」的特性，經常被用來製作鎖和螺栓等安全用途的用品。不過，一般的金屬仍然可能會被一些切割器等輕易切斷、鑽破。
由英國杜倫大學和德國弗勞恩霍夫工具機與成型技術研究所IWU領導的國際研究團隊，從葡萄柚堅韌的細胞外皮和貝殼的抗斷裂外殼中獲得了製造新材料的靈感，創造出了他們所說的第一種製造出來的不可切割材料。
這種可以在安全、健康和安全行業中使用的輕質新材料——Proteus（根據變形神的神話命名），可以將切削工具的作用力「能量逆轉」傳回去。Proteus這種新材料由陶瓷球體製成，該陶瓷球體被包裹在多孔的蜂窩狀鋁結構中，在測試中，角磨機、鑽頭或高壓水刀無法切割這些陶瓷球。
圖：金屬陶瓷超材料的分層結構。（a）夾心板樣品（245 mm×172 mm×40 mm），（b）陶瓷球呈線狀組織，（c）圓柱形試樣（直徑60 mm×150 mm）垂直排列陶瓷球，（d ）圓柱體的橫截面，其顏色與蜂窩狀鋁的壁厚相對應，（e）陶瓷球體彼此不接觸，但由鋁製泡孔隔開，（f）蜂窩泡孔比陶瓷小一個數量級 （g）鋁電解槽壁的厚度通常在0.2到0.4mm之間變化。
Proteus是由與生物聚合物材料相互連接的陶瓷體製成的，從而擁有了超強的抗斷裂能力。為了抵禦最猛烈的強行切割工具，軟體動物殼中發現的有機材料（如文石磚）在實驗中被工業氧化鋁陶瓷和鋁泡沫金屬基體所取代。
新材料堅固，輕巧且不可切割。研究人員說，它可以用來製造自行車鎖、輕型裝甲防護服，以及那些使用切削工具的人的防護設備。
研究結果發表在《科學報告》（Scientific Reports）雜誌上。新材料系統具有不斷變化的內部結構，可以動態變化，並在與切削工具相互作用的地方產生高速運動，這種動態響應更類似於一種活體結構。
該材料由包裹在陶瓷球體周圍的蜂窩狀鋁結構製成，這對切削刀具具有雙重破壞作用。當使用角向磨光機或鑽頭切割時，由套管內部的陶瓷球所產生的振動會鈍化切割盤或鑽頭等工具。
圓盤和陶瓷球之間的相互作用產生了一個互鎖的振動連接，可以持續不斷地抵抗切削工具的「宰割」。這讓刀片逐漸腐蝕，最終由於圓盤或鑽頭的力和能量轉向其自身而失效，並且刀片因自身的攻擊而被削弱和破壞。
此外，陶瓷會破碎成細微顆粒，這些顆粒會填充材料的孔狀結構，並且隨著刀具速度的增加，陶瓷顆粒之間的原子間力會使微粒硬化。這樣，材料的適應性進一步增強，排斥了任何攻擊。
即使是鋒利快速的水刀（水射流切割），也會在這種材料面前黯然失色：因為陶瓷球的曲面拓寬了射流面積，這大大降低了它的速度並削弱了它的切割能力。
論文首席作者、杜倫大學工程系應用力學助理教授Stefan Szyniszewski博士解釋稱：「從本質上來說，切割我們的材料就像切開裝滿金塊的果凍一樣。如果要切入果凍，您會先碰到金塊，並且材料會振動，從而破壞了切割盤或鑽頭。」
「我們設計的細胞結構融合了葡萄柚和貝類的結構特點。雖然它們是由相對較弱的有機物組成的，但卻擁有突出的防破壞性能。這些自然結構揭示了金屬陶瓷材料的工作原理——基於與應用負載的動態交互作用，而非被動抑制。」
「嵌入在這種柔性材料中的陶瓷也由非常細的顆粒製成，當您在高速切割時，它們會變硬並抵抗角磨機或鑽頭，就像沙袋可以抵抗並阻止高速飛來的子彈一樣。」
研究人員表示，這種材料在安防和安全行業中可能還有許多有用而激動人心的應用，他們將會進一步發掘。「到目前為止，我們還不知道其他任何製造的不可切割材料。」
研究人員們的這項材料技術正在申請專利，他們希望與行業合作夥伴合作，以便將其開發成面向市場的產品。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
參考來源：http://www.sciencetimes.com/articles/26557/20200721/proteus-material-resistant-to-cutting-tools.htm
https://scitechdaily.com/proteus-technology-new-material-is-strong-light-and-non-cuttable/
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