2021年1月10日,星期日

美国空军科学家开发了可自动改变结构的液态金属

据美国空军研究实验室报道,军事科学家已经开发出一种“Terminator-like”可以自动改变结构的液态金属,就像好莱坞电影一样。

科学家开发了可拉伸电子产品的液态金属系统-可以弯曲,折叠,弄皱和拉伸-是下一代军事设备的主要研究领域。

导电材料在拉紧或拉伸时会改变其性能。通常,随着拉伸,电导率降低而电阻增加。

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相反,由空军研究实验室(AFRL)科学家开发的称为聚合液态金属网络的材料则与此相反。这些液态金属网络可承受高达700%的应变,自动响应该应变,以使这两个状态之间的电阻几乎保持不变,并仍返回其原始状态。都是由于材料内的自组织纳米结构自动执行了这些响应。

AFRL项目的首席研究员克里斯托弗·塔博尔(Christopher Tabor)博士说:“这种对拉伸的反应与您所期望的完全相反。” “通常情况下,材料会因为拉伸而增加电阻,这仅仅是因为电流必须通过更多的材料。在我们了解正在发生的事情之前,对这些液态金属系统进行实验并看到相反的响应是完全出乎意料的,而且坦率地令人难以置信。

在这些不同种类的机械条件下保持其性能的电线具有许多应用,例如下一代可穿戴电子设备。例如,该材料可以集成到一件长袖服装中,并用于通过衬衫和整个身体传递能量,而弯曲肘部或旋转肩膀不会改变传递的能量。

AFRL研究人员还以类似于加热手套的形状系数评估了材料的加热性能。他们通过持续的手指运动来测量热响应,并在恒定的施加电压下保持接近恒定的温度,这与当前的最新可拉伸加热器不同,因为电阻变化导致应变时应变,该加热器会大量发热。

该项目始于去年,由空军科研办公室的基础研究资金在AFRL中开发。目前正在与私营公司和大学合作探索该方法以进一步发展。与公司合作进行合作研究是有益的,因为它们会采用在实验室中运行良好的早期系统,并对它们进行优化以扩大规模。在这种情况下,它们将使这些材料整合到纺织品中,从而可以监测和提高人类的绩效。

研究人员首先将单个液态金属颗粒包裹在一个类似于水气球的壳体中。然后,通过聚合过程将每个粒子化学束缚在下一个粒子上,类似于将链接添加到链中。以这种方式,所有粒子相互连接。

当连接的液态金属颗粒张紧时,这些颗粒会撕裂,液态金属会溢出。连接形式使系统既具有导电性又具有固有的可拉伸性。在第一次拉伸之后的每个拉伸循环中,电导率增加并恢复正常。最重要的是,在10,000次循环后没有发现疲劳。

AFRL材料与制造部研究化学家,《期刊》文章的主要作者卡尔·瑟拉斯上尉说:“聚合液态金属网络的发现非常适合可伸缩的功率传输,传感和电路。” “通过该技术,人机接口系统将能够连续运行,减轻重量并提供更多动力。”

他补充说:“我们认为这对于许多应用程序来说确实令人兴奋。” “这是当今市场上没有的东西,因此我们很高兴将其介绍给全世界并广为传播。”

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