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（來源：Pixabay） 來自加州理工大學(xué)、南洋理工大學(xué)的科學(xué)家們就設(shè)計(jì)了一種現(xiàn)代“軟猬甲”，即一種由 3D 打印的聚合物元素（而非織物）聯(lián)鎖而成的面料（類似鏈甲）。這種面料能在柔軟和堅(jiān)硬的形狀間逐漸切換：由于互鎖顆粒而具有高抗拉強(qiáng)度，僅在小的外部壓力下（93 kPa，大約為 0.93 kg）就會(huì)變得比松弛狀態(tài)下強(qiáng)硬 25 倍；而處于天然狀態(tài)時(shí)，這種面料易彎折，能披掛在復(fù)雜物體表面。 而且，基于這種面料得到的結(jié)構(gòu)，最大載重量可達(dá)自身重量的 30 倍以上。 
普通面料和織物的特性通常由材質(zhì)的天然特性和編織結(jié)構(gòu)共同決定，而智能面料是指具有適應(yīng)性的材質(zhì)，比如可根據(jù)外在刺激發(fā)生改變的材質(zhì)。 此次研究中的鏈甲的神奇之處在于：當(dāng)它穿在身上時(shí)，柔韌且可以緊貼皮膚；而當(dāng)它受到外力的作用時(shí)，卻可以堅(jiān)硬無比。 這不得不讓我們聯(lián)想到“口香糖開椰子”的神操作。把嚼過的口香糖捏成圓錐狀立在桌子上，當(dāng)椰子從高處砸下后，本以為會(huì)被壓扁的口香糖卻毫無變化，反而椰子殼被開了一個(gè)洞。 （來源：Pixabay） 事實(shí)上，這種違反常識(shí)的事情在生活中卻屢見不鮮。 比如做飯時(shí)經(jīng)常用到的淀粉，當(dāng)你將淀粉溶液放在手上時(shí)，它會(huì)像所有流體一樣從指縫中流走，而使勁握住它時(shí)，又會(huì)變得非常堅(jiān)硬。在淀粉溶液做成的泳池中，人們甚至可以表演“輕功水上漂”。 這就是“吃軟不吃硬”的非牛頓流體，又稱為剪切增稠流體。顧名思義，非牛頓流體在受力較緩慢的情況下，產(chǎn)生的阻力較小；在受力較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較大的阻力。 這就是非牛頓流體呈現(xiàn)的流體塑性和固體剛性行為，而此次研究中的鏈甲也具有同樣的性質(zhì)。
由于具有特定性能材料需求的日益增長(zhǎng)，調(diào)整和細(xì)化材料的化學(xué)和納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足需要，因此“結(jié)構(gòu)化”材料應(yīng)運(yùn)而生。 此次研究中的“鏈甲”是一種由兩層互鎖顆粒組成的結(jié)構(gòu)化織物。據(jù)論文描述，這種織物材料在圍壓下會(huì)經(jīng)歷一個(gè)相變（堵塞轉(zhuǎn)變），從而改變其機(jī)械性能，由柔軟的紡織品變成堅(jiān)硬的外殼。 事實(shí)上，這種“鏈甲”的高強(qiáng)度來源于其在負(fù)載下表現(xiàn)出的一種堵塞轉(zhuǎn)變，將它們從軟力學(xué)變?yōu)橛擦W(xué)。 研究人員重新審視了“鏈甲”的機(jī)制，重點(diǎn)研究了堵塞過渡。研究結(jié)果表明，使用圍壓作為驅(qū)動(dòng)力，可以從根本上改變這種織物的拉伸和彎曲性能，而且這種變化是可逆的。 當(dāng)研究人員將這種材料放入一個(gè)柔軟的密封塑料袋中并抽出空氣時(shí)，產(chǎn)生的圍壓足夠大，足以觸發(fā)織物的堵塞轉(zhuǎn)變。
作為對(duì)比，研究中采用了由相同空心八面體組成的沒有拓?fù)浠ユi結(jié)構(gòu)的的組件進(jìn)行相同的虛擬實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，互鎖織物在相同的圍壓下表現(xiàn)出更高的彎曲模量（大約高 3 倍）。 這可歸因于拓?fù)浠ユi結(jié)構(gòu)引起的顆粒之間的拉伸阻力，這種阻力在松散的顆粒聚集體中是不存在的。
為了探索顆粒幾何形狀和堵塞結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能之間的關(guān)系，研究人員設(shè)計(jì)了另外五種三維顆粒幾何形狀，并構(gòu)造了相應(yīng)的互鎖織物，并利用驗(yàn)證過的最小二乘離散元模型研究這些織物在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)下的力學(xué)響應(yīng)。
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