基于乌贼骨结构的轻质多孔材料程序化低温制造技术及其优异的能量吸收性能

《Nature Communications》：Programmed cryogenic fabrication of cuttlebone-inspired lightweight cellular materials with enhanced energy absorption

　　

摘要

具有高能量吸收能力的轻质工程材料对诸多战略领域而言至关重要。然而，设计出能够克服密度与能量耗散之间矛盾的多孔材料仍然是一项挑战。受乌贼骨壁隔结构启发，我们采用简单的层层冷冻技术制备出一种轻质多孔环氧树脂。该材料具有较高的抗压强度和比能量吸收能力，在密度为0.55克/立方厘米时，其比能量吸收值可达34.5焦耳/克。壁隔结构中多孔壁层之间的致密隔板增强了材料的结构稳定性，防止壁面屈曲，并在压缩过程中提供横向约束。这种结构还提升了材料在高速冲击条件下的强度，与传统各向同性和各向异性结构相比，其动态比能量吸收能力分别提高了190%和66%。这种大尺寸的吸能环氧树脂板易于制造，且在高速冲击条件下仍能发挥良好的防护作用。本研究为开发具有更高能量吸收效率的轻质多孔材料提供了可行途径。