防震超材料——早產兒生命的守護神！

材料牛注：如何降低新生兒的死亡率？醫療保障必不可少，而將接受醫療途中所受到的生命威脅降到最低更是重中之重。新型防震超材料將成為早產兒的天使，也會是更多生命的守護神。

在英國，每年約有16,000名早產兒需要進行醫療轉移。在生命救治黃金時段內，新生兒從農村被轉移到城市，某些情況下運輸時長可達兩小時甚至更長。轉移中使用的救護車、直升飛機或客機就像一個微型重癥監護病房，里面有維持嬰兒生命所需的所有設備。

但設備和運輸工具的機械振動和噪音是早產兒脆弱生命的潛在威脅。從醫生那里了解到，出于對嬰兒生命的考慮，轉移有時會被迫中止。轉運的車輛需要配備特殊材料和結構，以將噪聲和振動降低到嬰兒可承受范圍內。

最近，研究團隊在核反應堆設計的啟發下開發出一種特殊的“超材料”，結合材料兩種已知特性提供的雙重保護保證其比現有材料更大程度的減振效果。一旦通過測試可成功應用，用該材料制造的新生兒轉移用車將會更加安全。它甚至可在更大的結構中發揮減震作用，如可防止建筑物在地震中受損。

拉脹材料可以減弱振動。它們的泊松比是負的，這意味著當沿其長度方向拉伸時、其厚度增加，而不像彈性材料會變薄。想象一下，拉伸一張弄皺或折疊的紙，紙張在展開時會變得更長、更寬，這就是拉脹效應。還有其它不尋常的材料（也叫負剛度材料），當縱向拉伸時其長度會收縮而非拉伸。將其用于復合材料時，它常常表現出顯著的振動阻尼特性。

如果你站在尺子的一端，從頂部向下推，它會彎成一個C形。如果你從C形外側的中點向反方向推，尺子將產生側向推力的反作用力，這叫做正剛度。但隨著推力的不斷增加，尺子的彎曲會轉向另一側形成一個倒置的C。當彎曲方向發生改變時，尺子正在借助外力，而非抵制外力。在這個過渡階段，它顯示出所謂的負剛度。

使材料表現出這種不尋常特性的一種方法是開發機械超材料。這些由較小結構單元通過特定幾何排列制成的超材料具有特殊的機械性能。研究人員已開發出了兼具負泊松比和負剛度屬性的“雙負”機械超材料。

超材料由咬合的六邊形組成，通過沿著連接相鄰六邊形的互鎖滑動，在受壓時材料會由各方向一起移動，這就產生了拉脹效應。上面工作的靈感來自于19世紀50-60年代設計和建造的核反應堆的石墨芯互鎖拉脹結構，這一結構是為了讓核反應堆在地震期間經受住地震造成的震動而做出的特殊設計。研究人員還在互鎖塊之間增加了三個負剛度元件，即泡沫插入件、彎曲梁插入件和磁體陣列。

阻止共振

研究人員希望超材料中拉脹和負剛度性質的組合賦予材料相比只具有單一特性時更好的抗振能力。通過精心設計，期望它能夠抑制許多不同頻率的振動。

由于該技術可放大或縮小，一旦確定了超材料在減震方面的優勢，它便可應用于救護車、建筑物等多個不同領域。

研究人員還認為這兩種性質的組合原理可應用于其他材料。如，在軍事活動和救災過程中，將可折疊的拉伸桁架結構用于快速搭建帳篷和掩體。在這種結構中加入負剛度元件將使它們能夠抵抗諸如地震等的劇烈震動。

下一步，還需將這種技術進一步轉化為產品設計和制造，超材料的未來一片光明。

原文鏈接：We've created a new vibration-proof metamaterial that could save premature babies' lives

本文由編輯部月亮提供素材，谷雨星編譯，雪琰審核，點我加入材料人編輯部。

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