【形蜂巢採取應變】

明道

【形蜂巢採取應變】

在一系列生物材料中發現了蜂窩狀晶格和分形結構。現在，在美國、 英國和法國科學家們綜合兩種類型的模式，以創建一個強大和輕質材料，可用於各種應用，從航空航太到醫學。

雖然同釐米大小的單元進行了結構，小組認為類似的材料可使用碳納米管納米級。

Photograph of a fractal-like honeycomb structures being tested

在壓力下

六邊形蜂窩狀圖案也經常出現在自然界中，強度、 剛度、 明度統稱為。

犰狳，鳥類的喙，由蜜蜂蠟細胞的貝殼是大自然的蜂窩體的幾個例子。

工程師們早就知道關於蜂窩的強度和低密度和結構已應用於衛星部件以及不斷增長的新的心臟組織腳手架所相同的應用程式。

現在， Ashkan 瓦齊裡和同事在東北大學，以及牛津大學和里昂大學的研究人員已經證明基於蜂窩形結構是甚至更耐變形比常規的蜂窩材料。

層次結構

分形 — — 以相同的模式出現在不同尺度 — — 也有天然的各種材料，包括某些類型的西蘭花、 松果種子和鸚鵡螺貝殼上的芽。

"層次結構是在自然界中普遍和可以在許多不同的尺度，在有機材料和生物系統，觀察"解釋了瓦齊裡。依靠自己的蜂巢不是分形由於其典型形狀只發生在一個長度尺度上。

然而，層次結構的分形結構可以生成在六邊形的蜂窩狀的先後替換另一個較小的六角形的三個邊的每個頂點 （見下面的圖片）。

瓦齊裡和合作者望著如何這些層次的六角形蜂巢的力學性能隨函數如何多次分形順序被重覆了。

團隊使用 MATLAB 電腦模型和實驗測試分層六角形蜂巢結構性能研究。

具體而言，研究者們可以進行拉伸、 剪切和彎曲的結構元素。

"我們的目標是開發出新穎，遠遠優於他們的力學回應，在經典的細胞結構的層次結構"瓦齊裡告訴非議.

達到極限

電腦模擬結果集中每個結構，材料的抗變形能力的措施的彈性模量。

若要使結構組成不同數量的六角形層次結構之間有意義的比較，把團隊調整厚度的每個架構，以確保他們都有相同的密度。

"一般，增加細胞結構的密度，同時保留其拓撲結構還可以提高結構的力學性能"瓦齊裡解釋。

"為了僅僅調查層次結構順序上的層次結構的力學性能的影響，我們保留相對密度同時增加層次結構順序。

類比預測結構的彈性模量隨等級秩序，某一特定水準。

此外，計算表明具有理想的彈性模量材料可以製造而無需訴諸極高的訂單的層次結構。

這是從實際角度來看，好消息，因為它將難以實現高層次結構使用今天的 3D 列印技術的訂單。

讓它成為現實

瓦齊裡的團隊的下一步是在實驗室中測試其調查結果。

研究人員利用 3D 印表機來製造聚合物擠出的殼五的蜂窩結構，每個都有先後高階層次結構。

蜂窩城牆的厚度保持在 2 毫米，因為 3D 印刷過程的限制。為了保持一個固定的密度，單元的大小被調整而不是厚度。

Photograph of fractal-like honeycomb unit cells

在蜂巢內的蜂巢： 單元由 3D 印表機

六角形的邊緣長度的 0.6 ～ 2.2 釐米的擠壓結構。

研究者測試每個結構的彈性模量與壓縮回應記錄每個結構抗變形能力作為它的層次結構功能的變化。

結果表明，作為預測的類比結果，結構與層次結構中更高一級越來越大的彈性模量，到某一極限。

儘管瓦齊裡和他的團隊專注于在釐米長度尺度的單元，他們有信心他們的研究結果可以適用于較小的尺度。

瓦齊裡聲稱分層蜂窩單元可以用單一或多壁碳納米管建。

由碳納米管組裝而成的抗變形結構會在生物工程和材料科學領域中的廣泛應用。

結構介紹了在物理評論快報.

關於作者

凱薩琳科爾涅伊是總部設在美國的科學作家

引用：http://www.microsofttranslator.c ... mbs-take-the-strain