과학자들은 탄력적이지만 강인한 신소재를 개발했습니다

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과학자들은 탄력적이지만 강인한 신소재를 개발했습니다

Good News Network-2019 년 2 월 27 일

고무의 탄성과 금속의 강도를 결합한 새로운 첨단 섬유가 미국 과학자들에 의해 개발되었습니다.

강인한 깨지지 않는 재료는 사람의 피부를 모방하지만 전기를 전도하고 사용 후 스스로를 치유합니다. 이는 신축성 전자 및 소프트 로봇 공학의 중요한 요소입니다.

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포장재 또는 차세대 텍스타일에도 사용할 수 있습니다.

노스 캐롤라이나 주립 대학의 Michael Dickey 교수는“재료를 설명하는 좋은 방법은 고무줄과 금속 와이어를 생각하는 것입니다.

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'고무 밴드는 아주 멀리 뻗을 수 있지만, 잡아 당기는 데 많은 힘이 들지 않습니다. 금속 와이어는 신축을하기 위해 많은 힘이 필요하지만, 많은 변형이 필요하지 않습니다. – 아주 멀리 뻗기 전에 끊어집니다. 우리 섬유는 두 가지 장점을 모두 갖추고 있습니다. '

'자연에서 발견 된 엄격한 재료는 외부 하중에 대해 많은 생물학적 조직의 구조적 완전성을 유지합니다. 예를 들어 콜라겐은 에너지를 빠르고 효과적으로 소산하고 상처가 퍼지는 것을 방지하는 묶음 섬유로 구성된 네트워크에서 피부를 강화시킵니다. 인간의 근육은 생체 분자 티틴에 의해 강화되며, 이는 가역적으로 펼쳐져 인장 하중을 흡수합니다.

'이러한 유형의 조직은 인장 변형을 수용하기 위해 신축성이 있어야 할뿐만 아니라 기계적 고장을 피하기 위해 힘들어 야합니다.

'이러한 특성을 모방하는 능력은 실제 기능 (예 : 포장 및 보호 장비)과 신흥 응용 분야 (예 : 신축성 전자 장치, 소프트 로봇 공학 및 전자 피부) 모두에 중요합니다.'

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새로운 섬유는 탄성 중합체 외피로 둘러싸인 갈륨 금속 코어를 가지며, 이는 자체적으로 금속 와이어 또는 중합체 외피보다 훨씬 강하다.

응력을 받으면 섬유는 금속 코어의 강도를 갖지만 금속이 끊어 지더라도 폴리머 피복이 금속의 파단 사이의 변형을 흡수하여 응력을 금속 코어로 다시 전달하기 때문에 섬유가 파손되지 않습니다.

이 반응은 인간 조직이 부러진 뼈를 모으는 방식과 유사합니다.

디키는“금속 코어가 끊어 질 때마다 에너지를 소산시켜 섬유가 계속해서 에너지를 흡수 할 수있게한다. '연장 할 때 두 개로 스냅하는 대신 고장이 발생하기 전에 원래 길이의 최대 7 배까지 늘릴 수 있으며, 도중에 와이어에 많은 추가 파손이 발생합니다.

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'다른 방식으로 생각하면, 섬유는 무게를 잃고 떨어 뜨리지 않습니다. 대신 내부 파손을 통해 에너지를 반복적으로 방출함으로써 섬유는 무게를 천천히 그리고 꾸준히 낮 춥니 다. '

갈륨 코어는 내부 코어가 파손될 때 전도성을 잃지 만 전도성이 있습니다. 그러나 금속 코어를 다시 녹여서 섬유를 재사용 할 수도 있습니다.

이 연구의 상응하는 저자는 다음과 같이 말했습니다 : '피부의 인성을 모방하는 공학 재료에 대한 많은 관심이 있습니다 – 그리고 우리는 피부의 인성을 능가하면서도 피부와 같은 탄성을 가진 섬유를 개발했습니다.

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우리는이 개념 증명 작업에 갈륨을 사용했지만, 섬유는 코어와 쉘에 다른 재료를 사용하여 기계적 특성을 변경하거나 더 높은 온도에서 기능을 유지하도록 조정할 수있었습니다.

'이것은 개념 증명 일 뿐이지 만 많은 잠재력을 가지고 있습니다. 우리는이 로봇이 어떻게 소프트 로봇 공학에서 사용되거나 다양한 응용을 위해 직물로 짜여 질 수 있는지에 관심이 있습니다. '

이 연구는 저널에 발표되었습니다 과학 발전.

(손목 시계 아래 교육 비디오)

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