塑料纳米管复合材料“比类似形式的铝更坚固更轻”

开发人员表示，一种新型3d打印材料是将普通塑料与碳纳米管结合制成的，它比类似形式的铝更坚固、更轻。

研究人员说，这种材料可以开发出更安全、更轻、更耐用的结构，用于航空航天、汽车、可再生能源和海洋领域。

该团队由格拉斯哥大学的工程师领导，开发了一种新的“板晶格细胞超材料”，具有令人印象深刻的抗冲击能力。

超材料是一类人工创造的细胞固体，被设计和设计成具有自然界中不存在的特性。超材料的一种形式被称为板格，是由交叉的板层组成的立方体结构，尽管板之间有大量的空间，但它们表现出异常高的刚度和强度。这种多孔性也使得板晶格异常的轻。

研究人员开始研究，用他们开发的塑料纳米管复合材料制造的新形式的板-晶格设计，是否可以制造出具有更高级的刚度、强度和韧性的超材料。

这种复合材料包括聚丙烯或聚乙烯(低成本、可重复使用的塑料，广泛用于袋和瓶子等日常用品)和多壁碳纳米管的混合物。

该团队使用其纳米工程长丝复合材料作为3D打印机的原料，将长丝融合在一起，构建了一系列板格设计。然后，这些设计进行了一系列的冲击测试，从一定高度扔下16.7公斤的物体，以确定它们承受物理冲击的能力。

“混合”板格设计，包括多面方面，被证明是最有效的吸收冲击。聚丙烯版本表现出最大的抗冲击性。研究小组发现，它可以承受每克19.9焦耳的能量，这比类似设计的微结构铝超材料的性能优越。

詹姆斯瓦特工程学院复合材料和增材制造专业的Shanmugam Kumar博士领导了该研究项目。该研究团队还包括来自阿布扎比哈利法大学和德克萨斯农工大学的机械和化学工程师。

库马尔博士说:“这项工作正好处于力学和材料的交叉点。我们开发的碳纳米结构工程细丝作为3D打印的原料，与我们创建的混合复合材料板-晶格设计之间的平衡产生了一个非常令人兴奋的结果。

“在追求轻量化工程的过程中，人们一直在寻找具有高性能的超轻材料。我们的纳米工程混合板晶格实现了非凡的刚度和强度性能，并表现出优于类似的铝晶格的能量吸收特性。”

他补充说:“3D打印技术的进步使得制造具有定制孔隙率的复杂几何形状比以往任何时候都更容易、更便宜，这是我们板格设计的基础。这种设计在工业规模上的制造正在成为现实的可能性。

“这种新型板格的一个应用可能是在汽车制造中，设计师们永远都在努力制造更轻的车身，而不牺牲碰撞时的安全性。铝被用于许多现代汽车设计中，但我们的板格提供了更强的抗冲击性，这可能使它在未来的这些应用中有用。

“我们在这些板格中使用的塑料的可回收性也使它们具有吸引力，因为我们正在走向一个‘净零’的世界，在这个世界中，循环经济模式将是使地球更具可持续性的核心。”

该团队的论文，题为“纳米工程，3d打印板格的影响行为”，发表在材料与设计．这项工作得到了阿布扎比国家石油公司和格拉斯哥大学的资助。

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