生物灵感材料-结构-功能集成增材制造以超越能量吸收的基于Al的元材料
Xi He1, Gan Li1,2,3,4, Lei Zhang2,3,4
1Shenzhen Key Laboratory for Additive Manufacturing of High-performance Materials, Department of Mechanical and Energy Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen, China.
Science advances
|November 14, 2025
概括
研究人员使用合金开发出轻量级,耐损坏的超材料. 这种新的方法平衡了强度和能量吸收,提供了可持续的工程解决方案.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 增材制造 增材制造 增材制造
背景情况:
- 机械超材料具有先进的性能,但在平衡轻量设计,强度和能量吸收方面存在困难.
- 增材制造能够实现复杂的结构,但需要集成的材料-结构-功能策略来实现最佳性能.
研究的目的:
- 开发一种材料结构功能综合战略,用于增材制造具有增强耐损伤能力的轻型超材料.
- 为了实现超轻量级设计,高强度和优越的能量吸收能力之间的平衡.
主要方法:
- 开发了一种强大,柔性 (Al) 合金,具有异质颗粒结构,用于3D打印.
- 设计了以英雄为灵感的超材料,利用跨度协调机制来实现多层次的能量消散.
- 研究了微尺度强化和中尺度建筑应力调节之间的协同作用.
主要成果:
- 实现了0.91±0.01g/cm3的密度的超轻型超材料.
- 证明了17.0 ± 0.7%的高相对收益强度和前所未有的39.1 ± 0.7 J/g的特定能量吸收.
- 在变形过程中,元材料保持了稳定的应力平台,超过了大多数金属对应物.
结论:
- 开发的战略有效地弥合了物质异质性和结构层次,以实现更优质的能量消耗.
- 这种方法扩大了轻质元材料的设计空间,并为多功能性提供了可扩展的战略.
- 这些发现显示了可持续工程解决方案中大规模生产的变革潜力.
