把材料(材料也有“记忆”？科学家在发明新材料上有了新思路)

Posted 2023-05-27

篇首语：不是我不会，只是我没学。个人因学习而强大。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了把材料(材料也有“记忆”？科学家在发明新材料上有了新思路)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

近日，一项新的研究表明，随着材料“老化”，它们会“记住”之前的压力和外力，然后研究人员可以利用这些压力和外力来创造出具有独特性能的新材料。

这项发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的研究发现，某些类型的材料对它们是如何被处理、储存和操作的有“记忆”。

然后，研究人员就可以利用这种记忆来控制材料的老化，并对特定的属性进行编码，使其能够执行新的功能。

宾夕法尼亚大学的研究作者Andrea Liu说，这项研究展示了一种“完全不同的”思考新材料的方式。

“你从一个无序的系统开始，如果你施加适当的压力，你可以得到你想要的性质，”她说。

“在这个阶段，可能性似乎是无限的，”论文的合著者、芝加哥大学(University of Chicago)斯坦-弗雷勒(Stein-Freiler)杰出服务物理学教授西德尼·R·内格尔(Sidney R. Nagel)说。

举个例子，一堵天然的墙是由紧密堆积的泥土组成的，在这堵墙里，单个的颗粒并没有整齐地堆积在一起，而是聚集在一起形成了一个刚性的结构。

研究人员对这些系统很感兴趣，因为它们的随机性使它们很容易转化为新的机械“超材料”——具有独特机械性能的材料。

材料科学家想要控制的一个重要特性是当施加外力时材料的反应。大多数材料被拉伸时会变细长，被压缩时会变短而宽，但也有少数材料表现相反。

这些材料很少见，但人们怀疑它们吸收能量的能力更强，抗断裂能力更强。

研究人员感兴趣的是创造辅助材料，以帮助改善材料的功能，其中包括可以吸收冲击。

在这项研究中，研究人员想看看他们是否可以利用无序材料之前遇到的压力的“记忆”来把材料转换成新的东西。

首先，研究人员用电脑模拟了正常物质在压力下的状态，并选择性地改变了原子键，以观察哪些变化会导致物质的拉胀。

他们发现，通过切断外部压力最大区域的化学键，他们可以数字化地制造一种辅助材料。

利用这一发现，研究人员随后选取了一种类似聚苯乙烯泡沫塑料的材料，通过让这种材料在特定的压力下老化来增加“记忆”。

为了使材料生长，他们所要做的就是对材料施加恒定的压力，让它自然老化。

Liu说:“在整个装置承受压力的情况下，它自己进行了调整——它把自己从一种普通材料变成了一种机械超材料。”

现在，研究人员可以用这种更简单的方法作为起点，创造复杂的人造结构，这些结构的灵感来自于生物学中广泛的属性。

内格尔对未来持乐观态度。

“除了制造辅助材料外，”他说，“我们还利用计算机设计，通过施加局部应力，对材料的远处部分进行精确的机械控制。”

原文出处：

https://knowridge.com/2020/01/materials-remember-past-stresses-as-they-age/，Materials ‘remember’ past stresses as they age，作者：Erica Brockmeier