這種結(jié)構(gòu)可防止裂紋擴(kuò)展，并使材料更堅(jiān)韌。
圖片來源：美國大眾科學(xué)網(wǎng)
受人類骨骼堅(jiān)硬外層結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，美國普林斯頓大學(xué)工程師開發(fā)出一種新型混凝土，能抵抗開裂和突發(fā)性破壞，抗損傷能力比普通混凝土高出5.6倍。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《先進(jìn)材料》雜志。
在開發(fā)這種新型混凝土?xí)r，研究人員從人類密質(zhì)骨中獲得了靈感。這種人類股骨的致密外殼，由被稱為骨單位的橢圓形管狀結(jié)構(gòu)組成。其形狀和排列方式能在這些骨單位周圍分散裂紋，防止它們?cè)谑艿經(jīng)_擊時(shí)斷裂。
為了澆筑這種仿生混凝土，研究人員用聚乙烯醇3D打印了一個(gè)管狀模板模具。然后，他們將橡膠倒入模具中制作出該模板的底片。最后，他們將橡膠溶解以形成聚氨酯硅模具，并用它來澆筑混凝土。
憑借巧妙的仿生設(shè)計(jì)，新型混凝土的空心管可“捕捉”裂紋并阻止其進(jìn)一步擴(kuò)展。這與通過向混凝土中添加纖維、塑料等材料來增強(qiáng)其強(qiáng)度的方法截然不同。新方法能夠控制每個(gè)裂紋的擴(kuò)展使得材料不會(huì)一次性全部斷裂，并能承受漸進(jìn)性損傷，使材料變得更加堅(jiān)固。
研究人員進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲測(cè)試和單邊缺口彎曲測(cè)試。他們使用2毫米厚的金剛石鋸片和剃刀在混凝土上切出缺口，并多次重復(fù)該過程，以收集有關(guān)材料斷裂韌性的數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，新型混凝土抗損傷能力比普通混凝土高出5倍以上。這不僅意味著建筑物更加安全，還可減少混凝土生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境保護(hù)大有裨益。
