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kb官网液体都“智能”可编程了?哈佛新型超资料登Nature

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  迩来,一种被称为“智能液体的众成效可编程的新型超质料——Metafluid,登上了Nature。

  它由哈佛大学SEAS的磋商团队研发,外传可自正在医治弹性、光学特点、粘度。

  磋商职员透露,有了这些buff属性加成,该流体正在编程液压机械人、智能减震器、光学修造中都有壮大的利用潜力。

  磋商职员安排了一个抓取器,用气氛和水作比照,通过抓取玻璃瓶、鹌鹑蛋、蓝莓,来涌现Metafluid对抓取用具有弹性担任才干的道理。

  注入水量好像的情景下,玻璃瓶恰好能抓稳,鹌鹑蛋和蓝莓这边又压力太小碰都碰不到:

  而这种Metafluid,可能明白找到一个能告捷抓取三样物品的ΔV,可适当分别物体的巨细和所需的抓取力度:

  下面这个测验,将Metafluid的弹性可压缩更直观的涌现了出来,压力影响下,甘油很疾就把软管撑起了一个大包,而Metafluid的临界点明白还要靠后少许:

  家喻户晓,超质料是一种人制质料,其特点由其组织而不是因素断定。守旧上,公众半超质料都是固态的,即构修块被安排正在晶格组织内的固定职位。

  迩来有些磋商以为将不相连的构修块混淆正在流体介质中具有壮大潜力。哈佛磋商职员恰是受到了这种磋商思绪的启迪,制出了Metafluid。

  过程一系列显现,思必有人也一经猜到了,构修Metafluid的症结,是一种可高度变形的弹性空心球形胶囊。将球形胶囊混淆到弗成压缩的悬浮液中,Metafluid就制成了。

  道理纯洁来讲,即是当液体内部的压力扩展时,胶囊屈曲,也即是塌陷变成犹如透镜的半球状。

  当阿谁压力被移除时,胶囊会弹回到它们的球形式况,由此改动液体粘度和透后度等属性,而胶囊的数目、厚度和巨细也会有影响。

  微米级胶囊操纵聚二甲基硅氧烷(PDMS)质料,采用微流控共轴流聚焦技艺修设,外半径(Ro)约为250微米,壳体厚度(t)约为65微米。

  然后,磋商职员操纵厘米级胶囊举办了单胶囊、众胶囊测验,其余还举办了微米级胶囊测验。

  厘米级胶囊测验中,磋商职员将胶囊安置正在一个玻璃圆柱容器中,容积为Vtot,并用水举动悬浮液所有填充。之后用打针泵逐步引入卓殊的水ΔV,通过差压传感器丈量容器内的压力。

  将单个小胶囊放入容积300ml的容器中。他们查察到的压力-体积弧线与水比拟有明显区别,不但由于胶囊扩展了流体的可压缩性,还由于正在临界压力Pcr=120kPa处浮现了明白的压力低重。

  这一低重恰是由胶囊弹性壳体的突变形惹起,跟着ΔV的扩展,变成的凹陷更为明白。当ΔV裁减时,凹陷逐渐减小,而且当压力低重至临界压力Pdown=50kPa时,胶囊会弹性回答至球形,出现滞后效应。

  如下图c红线所示,单个大胶囊测验中,正在较低的初始体积模量(K0=18 MPa)下,正在P=120kPa处如故浮现了压力低重。这也就意味着Metafluid的初始体积模量和临界压力可能通过改动胶囊体积分数和胶囊壳厚度与外半径的比值来折柳独立调度。

  接下来,磋商职员正在更大的容器中填充27个小胶囊,连结胶囊体积分数和壳体厚度与外半径比值褂讪。如上图c绿线,测验显示全体胶囊正在临界压力相近同时发作屈曲,但与单个胶囊比拟,压力突降被众个小的突降所代替,变成了压力平台。

  微米级胶囊悬浮液的压力-体积弧线显示出与厘米级胶囊好似的非线性行动,但因为修设历程中的几何缺陷,微标准胶囊的Metafluid没有那么明白的平台地步。

  磋商职员还磋商了胶囊屈曲对Metafluid光学特点的影响。他们操纵COMSOL软件举办光泽追踪模仿,发明球形和屈曲状况的胶囊显示出分别的散射行动。

  测验中,他们丈量了通过微米级胶囊悬浮液传输的光功率,并发明正在胶囊屈曲时,透射率明显扩展。这种转变归因于胶囊屈曲变成的“透镜效应”和胶囊掩盖面积的裁减。

  其余,磋商职员还考虑了胶囊屈曲对Metafluid流变性的影响。他们操纵平行板流变仪来丈量Metafluid正在分别胶囊状况下的粘度kb官网

  结果解释,当胶囊处于球形式况时,Metafluid涌现出牛顿流体的特点,而当胶囊屈曲时,Metafluid改制为非牛顿剪切稀化流体。

  这种改制归因于胶囊屈曲后变成的纠集体,这些纠集体正在高剪切率下会慢慢粉碎。

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