Self-morphing材亚博网站下载料材料科学的未来潜力巨大。亚博老虎机网登录一个字段,这些材料可以大大影响人类社会架构。亚博网站下载最近的一项研究发表在杂志上先进的科学亚博老虎机网登录展示了新的制造技术,将传统建筑材料转化为有前途的聪明,self-morphing材料。亚博网站下载
研究:塑造内部材料沮丧:转向建筑风格。图片来源:Narin Nonthamand / Shutterstock.com
灵感来自有机结构的变形能力
创建self-morphing材料工业应用程序亚博网站下载可以用来源于自然界的灵感。许多shape-morphing材料物质亚博网站下载改变成复杂的光滑表面在本质上是丰富的,但这种现象最近才研究作为材料的模型设计。
研究自然的变形材料和结构形态的信息产生了变化,在平床单形成复杂的三维结构亚博网站下载。自然结构定量控制的方式实现这一目标。
图解目录可能的几何图形在沮丧的陶瓷复合材料和沮丧、展示材料建设(左列)参考指标和参考曲率(中间列),和生成的配置(右列),在不同的制度:stretchingdominated(左)和bending-dominated政权(右)。(请参见图S3的物理例子支持信息)。沮丧的复合材料)不相容壳由两层单向纤维。B, C)非欧几里得的板块,由一层花纹单向纤维夹在两个各向同性层环氧树脂。沮丧的陶瓷:D)不相容壳由两个联合层收缩高陶瓷(白色)和低收缩陶瓷(黑暗)。E) Triple-layered建设、低收缩陶瓷高收缩夹在两层陶瓷对立的两个凹槽,导致扭曲的丝带。图片来源:淡色的,&沙龙,E,先进材料亚博网站下载
研究在这一领域进行科学在生物系统和纳米技术应用的重要性,但在这些字段之外,还有为他们的使用在工业范围。由于需要制造复杂曲面以最小的能源消耗和精力,变形材料潜在的工业设计和建筑。亚博网站下载目前,这些应用程序是有限的,材料主要是探索是小规模的双层结构,进行单轴弯曲。亚博网站下载
亚博网站下载材料可以self-morph到复杂的三维几何形状和曲率的挫折对于建筑应用程序需要进一步探索,如果技术是完全实现这一目的。
研究
研究主要集中在纤维复合材料和沉浸clay-two传统建筑材料shape-morphing属性,这表明创建智能的可能性,self-morphing材料常用材料在建筑业。亚博网站下载定量的小规模结构材料之间的连接和全球三维表面被受控的实验验证。
团队展示和发展的理论不相容的床单在实验室使用所谓的“模型”的材料。亚博网站下载这些材料包括亚博网站下载向列弹性体、凝胶和弹性体。这是证明这些材料的特性不符合建筑业的具体要求如健壮性、强度、刚度、耐久性、成本、和标准尺寸。亚博网站下载新材料必亚博网站下载须被开发来满足这些需求。
扩大和重力的影响在FC样本。一)总表面旋转与圆盘直径测量自由悬挂光盘(重力效应可以忽略不计)。光盘在恒定厚度2层(开放广场)证明线性增加总表面的旋转,如插图照片可见。光盘和比例不同厚度(实心圆圈),证明表面旋转不变,即在扩展,保护形状。b)当地的曲率测量沿水平方向主要放在光盘(不可忽视重力效应),函数的归一化距离圆盘的中心。在光盘和比例不同厚度(实心圆圈)曲率为常数,光盘的常数两层厚度(开放广场)平在他们的中心,被自己的重量。盘直径:800毫米红;600毫米黄色;400毫米紫色。插图:800毫米的图像缩放(上)和任何范围(底部)光盘。 Image Credit: Blonder, A & Sharon, E, Advanced Materials
陶瓷和纤维复合材料选择研究由于其传统使用在建筑行业作为包亚博网站下载层的薄片和其他用途。另一个属性,使他们有吸引力的目标self-morphing材料体积的变化在制造他们接受。亚博网站下载
收缩此前被视为一个不受欢迎的特征在树脂和复合材料用于建筑,但这些self-morphing材料的一个关键属性是它有助于实现更大范围的结构和尺度。亚博网站下载
此外,结构的可伸缩性是演示,包括一个方法,帮助他们应对自重的影响。此外,研究小组提出了一个方法来构造纤维复合材料具有复杂曲率分布。
此外,需要一个适当的设计工具,理论可用于创建复杂的三维表面也探索研究。物理模拟工具目前存在,但这些不适合设计社区的创建复杂的三维形状的愿望。软件接口,允许计算所需的纤维分布建立复杂的三维形状以及3 d表面纤维对于一个给定的模式了。
这项研究表明3 d self-morphing材料大规模使用体系结构是可行的。亚博网站下载研究的作者表示,它应该作为原则的证据,研究人员指出,各种科目,仍然需要研究和优化之前,这些材料可用于建筑行业。亚博网站下载
解决的技术关键问题
建筑业的需求可持续制造的材料包括复杂曲面材料是紧迫的和紧迫的。亚博网站下载可以资源密集型的制造技术,以及mold-based制造的影响需要解决和减少。目前,替代技术,如主动弯曲和form-active模具正在探索。
复杂曲面板设计和制造通过pixelization方法)制造面板顶部和底部显示地图的彩色瓷砖指示纤维取向(黑- x对齐;white-y对齐;红色和绿色-±45°;蓝色,中性,无纤维)。一张俱乐部的800毫米×600毫米(中)与模拟表面(右)。b)的设计过程:各种生成顶部和bottommaps(左)和模拟表面配置(右)(参见图S5实验实现,支持信息)。c)示范inversedesign过程:目标表面设置为在模拟(a)获得的表面。发现表面(蓝色)相比,目标表面(白色)。表面之间的标准偏差为0.53,在全球高度15.0(3.5%偏差)。注意,纤维取向不同于原始的地图(a)。图片来源:布兰德,&沙龙,E,先进材料亚博网站下载
此外,还有材料的运输体积的问题。亚博网站下载实现一个平面材料的非现场制造方法可以高效地运送至现场,并迅速采取形式一旦定位将为交通的挑战和现场管理有好亚博网站下载处。需要解决的其他关键方面包括规模变化和材料和专业设备的设计进行现场制作。app亚博体育亚博网站下载
本研究对建筑的未来意味着什么
解决了一些关键挑战的研究,实现真正的聪明,self-morphing材料是可持续的,可以实现在一个建筑的规模。亚博网站下载这样的创新建筑行业前进到21岁圣世纪,显著改善当前实践。
进一步的阅读
&莎朗·布兰德,E (2021)塑造内部材料沮丧:转向建筑风格(在线)先进的科学|亚博老虎机网登录onlinelibrary.wiley.com。可以在:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202102171
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