麻省大學阿默斯特分校的科學家們設計出可以吸收和釋放大量能量的新材料

“想象一根橡皮筋，”麻省大學阿默斯特分校聚合物科學與工程教授、該論文的資深作者Alfred Crosby說。“你把它拉回來，當你放開它時，它就會飛過房間?，F在想象一個超級橡皮筋。當您將其拉伸超過某個點時，您會激活存儲在材料中的額外能量。當你松開這條橡皮筋時，它會飛一英里。”

這個假想的橡皮筋是由一種新的超材料制成的——一種被設計成具有天然材料中沒有的特性的物質——它結合了一種彈性的橡膠狀物質和嵌入其中的微小磁鐵。這種新的“彈磁”材料利用稱為相移的物理特性來極大地放大材料可以釋放或吸收的能量。

當材料從一種狀態(tài)移動到另一種狀態(tài)時，就會發(fā)生相移：想想水變成蒸汽或液體混凝土硬化成人行道。每當一種材料改變其相位時，能量要么被釋放要么被吸收。相移不僅限于液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)之間的變化——從一種固相到另一種固相的轉變也可能發(fā)生?？梢岳冕尫拍芰康南嘁谱鳛殡娫?，但獲得足夠的能量一直是困難的部分。

“為了放大能量釋放或吸收，你必須在分子甚至原子水平上設計一個新結構，”克羅斯比說。然而，這具有挑戰(zhàn)性，甚至更難以以可預測的方式進行。但是通過使用超材料，克羅斯比說：“我們已經克服了這些挑戰(zhàn)，不僅制造了新材料，還開發(fā)了設計算法，使這些材料能夠以特定的響應進行編程，使其可預測。”

該團隊受到自然界中一些閃電般的快速反應的啟發(fā)：捕蠅草和捕蠅草的快速關閉。“我們已經把它提升到了一個新的水平，”該論文的主要作者，目前是中國深圳哈爾濱工業(yè)大學 (HITSZ) 的教授，他在麻省大學阿默斯特分校做博士后期間完成了這項研究。“通過將微型磁鐵嵌入彈性材料中，我們可以控制這種超材料的相變。而且由于相移是可預測和可重復的，我們可以設計超材料來完成我們想要它做的事情：要么從大沖擊中吸收能量，要么釋放大量能量以進行爆炸性運動。”