可彎曲的陶瓷材料助力研發(fā)下一代假肢和航空航天技術。圖片來源：美國休斯敦大學
科技日報北京4月29日電 （記者張夢然）美國休斯敦大學團隊將古代折紙藝術的設計理念與現(xiàn)代材料科學相結合，開發(fā)出一種新型陶瓷結構。這種結構在壓力下雖然彎曲但不會斷裂，展現(xiàn)出前所未有的柔韌性和強度。這項技術為輕質、高強度材料的應用開辟了新路徑，有望在醫(yī)療假肢、航空航天以及機器人等對抗沖擊性能要求較高的領域發(fā)揮重要作用。相關研究成果發(fā)表于新一期《先進復合材料和混合材料》期刊。
傳統(tǒng)陶瓷因其高硬度和耐熱性被廣泛應用，但其固有的脆性也限制了其在動態(tài)或高應力環(huán)境中的使用。一旦受到外力擠壓，陶瓷極易開裂甚至粉碎，難以勝任需要形變適應能力的場景。然而，這項新研究通過引入柔性設計理念，成功突破了這一局限。
團隊借助一種被稱為Miura-ori的經(jīng)典折紙圖案，利用3D打印技術制造出具有復雜折疊結構的陶瓷框架。Miura-ori是一種可將平面材料壓縮成更小空間但仍保持平整特性的折疊方式，廣泛用于工程和空間展開系統(tǒng)中。隨后，他們在該結構表面涂覆了一層可拉伸且具備生物相容性的聚合物，從而賦予陶瓷全新的機械性能。
實驗結果顯示，這種經(jīng)過聚合物涂層處理的陶瓷結構，在不同方向施加壓力時表現(xiàn)出優(yōu)異的抗壓能力和彈性恢復能力。相比之下，沒有涂層的傳統(tǒng)陶瓷則在相同條件下迅速開裂或斷裂。團隊還在靜態(tài)與循環(huán)壓縮條件下對這些結構進行了系統(tǒng)測試，并結合計算機模擬驗證了其實驗結果。數(shù)據(jù)顯示，涂層結構在陶瓷原本最脆弱的方向上展現(xiàn)出顯著增強的韌性。
團隊指出，折紙不僅是視覺藝術的一種形式，更是一種極具潛力的功能性設計工具。它為解決生物醫(yī)學和工程領域的材料挑戰(zhàn)提供了全新思路。這項研究展示出如何通過巧妙的結構設計，在本質上脆弱的材料中引入靈活、強韌的新特性。未來，這類結構有望應用于更多高性能材料的研發(fā)，推動醫(yī)療設備、智能機器人及航天器材的創(chuàng)新發(fā)展。
（責任編輯：梁艷）
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