复合纤维锁扣可组装成大型承重结构

据物理学家组织网8月15日报道，美国麻省理工学院（MIT）科学家开发出一种轻质的复合材料锁扣，能互相扣在一起形成复杂的结构，组装成大型承重结构。研究人员认为，这种新材料可能为飞机、航天器的组装带来变革，甚至能被用来构建更大的结构。相关论文发表在最近出版的《科学》杂志上。

研究人员将这种锁扣比作“锁子甲”，每片结构完全相同，为平面十字形，互相扣在一起形成一种八面体的立方点阵，就像钙钛矿的晶格结构。锁扣组装起来后极为坚固，强度相当于同等重量超轻材料的10倍。每个锁扣还可以拆下来，便于修复，或在不同的组合结构中循环使用。



MIT比特与原子中心主管尼尔·格森菲尔德介绍，这项设计结合了3个领域的研究：纤维复合材料、蜂窝材料（由多孔材料制造）和添加制造（如3D打印，其结构是通过逐层沉积形成而不是去除多余材料）。

目前的复合材料，从网球拍到波音787飞机部件，每部分都是一个连续的单位。因此在制造大结构时，比如机翼，要有专门的大型工厂。格森菲尔德称，对于一架飞机的制造来说，在这种大尺度上用3D打印不太实际，他们研究的是一种离散的“数字”材料。“该材料能解决问题，它是组装而不是打印。”

在传统复合材料制造中，大部件之间的连接容易开裂，而新结构用许多小的复合纤维锁扣搭在一起，就像一种弹性固体，不会突然断裂且比传统结构更轻——因为压力通过“锁扣点阵”被分散传递到整个“建筑晶格”中。

在承载相同重量的负荷时，新结构所用的材料更少。减少了运输负担、建造和组装成本，同时大幅降低了燃料消耗，也能允许更大、更灵活的设计。论文合著者、博士后肯尼斯·张说，这一系统对“任何你需要移动或放在空中的东西”都非常实用。

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