来自动物鳞片的灵感——新一代装甲车

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东北大学工程学院的研究者尝试整合鱼、蛇以及蝴蝶的鳞片于一个单一防御装甲系统中，应用于下一代轻量型装甲系统。 为了寻求下一代轻量型装甲系统，科学家已经研究了从海参的结构到螳螂虾的结合能力在内的大量内容。东北大学工程学院的研究者相信，鱼鳞将是研制难以穿透、轻量型装甲的关键。他们的最终目的是整合鱼、蛇以及蝴蝶的鳞片于一个单一防御装甲系统中。 鱼鳞已经被广泛进行过研究，因为鱼鳞能够在鱼运动过程中保护鱼的身体。然而人们对鱼鳞性能的大部分研究主要集中在鳞片的材质以及这些材料的柔韧性和弹性如何改变鳞片的保护性能。而Ranajay Ghosh研究员和其同事却另觅他径，他们利用柔软的基底进行试验，研究了增加鳞片的尺寸、（改变鳞片的）几何排列如何影响鳞片的性能。 Ghosh告诉Gizmag说，随着鳞片材料与皮肤材料的硬度在一个量级上时，（材料）就会获得能够觉察出的改善。 在柔软的基底上加入3D打印的鳞片，使得材料的硬度增加，更难被刺透。鳞片的几何结构与鳞片间的相互作用，使得这一组合能够实现“结构强化”，而结构强化也被认为是（增加材料强度的）关键。研究人员说，考虑到了在没有使用人类所用的高强度材料的自然情况下仍能很好地实现了材料的多功能化，简单的材料也可以通过特定的排布实现硬化，进而帮助我们生产出更好的装甲车。 Ghosh告诉我们，许多鳞片是为了不同的目的而进行了不同的进化，例如一些鱼鳞的保护作用，蛇鳞的机动性能，蝴蝶鳞片的颜色性能等都是为了获得最大概率的存活及繁殖而进行的进化。理论上，我们可以获得整合有鱼鳞的保护功能，蛇鳞片的机动性能和蝴蝶鳞片光学性能的防御体系。 该研究小组致力于通过对各种材料进行优化，并使用3D打印和[color=rgb(68, 68, 68) !important]纳米合成的方法将这些不同的性能的材料整合为一。他们所面临的挑战包括合成与[color=rgb(68, 68, 68) !important]检测鳞片，以及优化这些鳞片，使其能够承受由温度和撞击所带来的高的能量。接下来该小组希望对鳞片的几何结构与鳞片的相互作用的基本原理有更深入的了解，进而帮助人们设计出更好的装甲。 如果我们能够更容易掌握利用尽可能少的设计参数来满足材料的各种性能需求，现代装甲将会变得更加成功。当我们发现了使得自然界的皮层鳞片优化如此广泛而古老的潜在的基本原理的时候，设计参数的减少就变得可能，Ghosh说。 这一工作已在APL（Applied Physics Letters）杂志上发表。来自: 材料人网