基于水凝的网络元材料具有类似生物组织的波桑比率行为和应激反应
Yisong Qiu1, Hongfei Ye1, Shuaiqi Zhang1
1State Key Laboratory of Structural Analysis, Optimization and CAE Software for Industrial Equipment, Department of Engineering Mechanics, School of Mechanics and Aerospace Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, PR China.
ACS applied materials & interfaces
|October 30, 2024
概括
研究人员使用机器学习开发了软网络元材料,实现了可调节的,类似组织的机械性能. 这些基于水凝的材料显示出在柔性电子和生物医学中的应用潜力.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 软网络元材料提供了可取的特性,如高伸展性和可透气性,用于灵活的电子,组织工程和生物医学.
- 预测和定制这些材料的非线性机械行为存在重大挑战.
研究的目的:
- 开发基于水凝的网络超材料,具有类似生物组织的机械性能.
- 为这些超材料建立基于机器学习的优化设计方法.
- 研究微观结构特征,拉伸比率和机械性能之间的关系.
主要方法:
- 使用了一种机器学习驱动的优化设计方法.
- 开发了基于水凝的网络元材料.
- 进行了数值和实验分析,以将微观结构特征和拉伸比率与机械性能相关联.
主要成果:
- 实现了基于水凝的网络元材料,表现出J形应力变形行为,模仿生物组织.
- 证明了变形模式的过渡,从曲主导到拉伸主导,拉伸比率增加.
- 启用了Poisson比率 (-1.06 到 1.34) 的广泛调制性,并定制了零Poisson比率行为.
结论:
- 开发的机器学习方法有效地预测和设计软网络元材料中的非线性机械行为.
- 基于水凝的网络元材料可以定制为类似组织的特性,从而使人工皮肤和集成设备中的应用成为可能.
- 这项研究为制造具有定制机械反应的软网络元材料提供了一个框架.
