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                        	當(dāng)前關(guān)注：仿生理念助“金屬含羞草”自由開合                        
                            
                        
      							
                            發(fā)布時(shí)間：2022-10-25 08:30:26					
                            文章來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
                      
      

                        
      
                        	仿生理念助“金屬含羞草”自由開合                        
      

						
						
      
            				
      含羞草是一種有靈性的植物，它的葉片對(duì)觸碰、溫度都十分敏感。外部刺激可以改變含羞草葉片內(nèi)部的水分分布，導(dǎo)致細(xì)胞收縮膨脹，進(jìn)而影響其開合。如今，世界上有了一種特殊的“含羞草”，控制它開合的不是觸碰，而是磁場(chǎng)。這種“含羞草”也不是植物，而是由我國(guó)科學(xué)家研發(fā)的新型金屬玻璃制成。
      近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表論文，介紹了這種“金屬含羞草”。它由金屬玻璃和其晶化物組成的復(fù)合材料制成，具有屈曲功能，三維結(jié)構(gòu)可開合。該論文作者，中國(guó)科學(xué)院物理所研究員白海洋告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這項(xiàng)被論文評(píng)審人稱贊為“富有創(chuàng)造力”的成果，出發(fā)點(diǎn)其實(shí)是科研人員“玩出來(lái)”的靈感。

      (資料圖片僅供參考)
      仿生是研究的交匯點(diǎn)
      白海洋注意到，航天事業(yè)對(duì)可以自動(dòng)開合的、平板式運(yùn)輸?shù)牟牧嫌鞋F(xiàn)實(shí)需求。如果容器或裝置可以在太空中自主開合，將大大有助于太空運(yùn)輸以及航天員作業(yè)。基于這一設(shè)想，白海洋及其團(tuán)隊(duì)對(duì)可以自動(dòng)開合、變形的材料進(jìn)行了探索。
      在這一過(guò)程中，科研人員并沒(méi)有固守思維定式，把金屬材料制品的形狀局限在盒子等容器的范圍內(nèi)，而是充分嘗試了植物、動(dòng)物等其它形狀。這樣的嘗試又進(jìn)一步給了研究者靈感，讓研究者獲得了許多新啟發(fā)。
      “‘仿生’并不是我們研究的出發(fā)點(diǎn)，而是我們?cè)谔剿鬟^(guò)程中找到的交匯點(diǎn)。這個(gè)交匯點(diǎn)給了我們新的靈感。”白海洋說(shuō)。
      在機(jī)械等領(lǐng)域，仿生是一個(gè)熱門概念。但在以機(jī)器人研究為代表的大多數(shù)科研工作中，仿生的對(duì)象都是運(yùn)動(dòng)能力較強(qiáng)的人或動(dòng)物，而非相對(duì)靜態(tài)的植物，金屬材料的“植物動(dòng)態(tài)仿生”研究可謂別出心裁，具有很強(qiáng)的獨(dú)創(chuàng)性和探索性。
      類似真正含羞草的開合原理
      “金屬含羞草”如何開合？白海洋和她的學(xué)生李金鳳給記者做了演示：只要拿一塊磁鐵靠近“金屬含羞草”的中部，它就會(huì)自動(dòng)閉合，把磁鐵拿開，“含羞草”又會(huì)張開。
      “金屬含羞草”由金屬玻璃和其晶化物復(fù)合制成。金屬玻璃又稱非晶合金，是能實(shí)現(xiàn)形狀可逆變化的新型功能材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能。在經(jīng)過(guò)激光圖案化技術(shù)誘導(dǎo)處理之后，金屬玻璃發(fā)生了局部晶化，晶化區(qū)的密度和模量相對(duì)增大，使得金屬玻璃區(qū)和晶化區(qū)之間產(chǎn)生相應(yīng)的尺寸錯(cuò)配，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，從而發(fā)生屈曲現(xiàn)象。這種屈曲現(xiàn)象是可逆的、在彈性范圍內(nèi)的。由于是鐵磁性材料，它會(huì)被磁棒吸引從而產(chǎn)生開合動(dòng)作。從原理來(lái)說(shuō)，這和真正的含羞草葉片開合的原理是十分相似的。
      研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室還對(duì)新材料的性能進(jìn)行了測(cè)試。他們發(fā)現(xiàn)，在彈性極限內(nèi)，鐵基金屬玻璃三維屈曲結(jié)構(gòu)的形狀變換由外部磁力控制可重復(fù)開合，甚至還可以通過(guò)外力重新成形或翻轉(zhuǎn)。這種仿生三維結(jié)構(gòu)被磁力控制連續(xù)開合至少2萬(wàn)次，且不會(huì)出現(xiàn)明顯的疲勞裂痕。
      或可在多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用
      在各種醫(yī)療場(chǎng)景中，人們有時(shí)會(huì)需要一些具有伸縮功能的器件。例如血液過(guò)濾時(shí)在血管當(dāng)中收納垃圾的器件，就需要具備伸縮功能，方便醫(yī)療人員放置和取出。為此，人們采用可以隨溫度變形的相變合金，這種金屬經(jīng)加溫處理可以收縮或膨脹，但加溫往往需要達(dá)到上百攝氏度。
      “如果用磁場(chǎng)控制的金屬玻璃取代相變合金，加溫對(duì)患者可能造成的傷害就不存在了，醫(yī)療人員的操作也會(huì)變簡(jiǎn)單。我們的‘金屬含羞草’就可以用于此領(lǐng)域。”白海洋介紹說(shuō)。
      白海洋補(bǔ)充說(shuō)，除了血管過(guò)濾器，這種金屬玻璃還可以用來(lái)制作血管支架、微夾持器等器件。此外，新材料還可以用于傳感器制造。
      近年來(lái)，材料的三維結(jié)構(gòu)形狀變換在驅(qū)動(dòng)器、傳感器、電感器、微電子機(jī)械系統(tǒng)、軟體機(jī)器人、電子、醫(yī)療和航天器件等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。金屬玻璃的三維結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，但金屬玻璃仿生三維屈曲結(jié)構(gòu)的形狀變換尚有很大的開發(fā)空間。
      白海洋總結(jié)說(shuō)，此次研究對(duì)開發(fā)金屬玻璃的功能性應(yīng)用具有重要的科學(xué)和技術(shù)意義，對(duì)實(shí)現(xiàn)金屬材料的三維屈曲結(jié)構(gòu)也具有啟發(fā)和指導(dǎo)意義。“仿生”并不是研究的起點(diǎn)，也并非落點(diǎn)，卻給金屬材料的功能性研究帶來(lái)了許多啟發(fā)。這株“含羞草”可以拋磚引玉，一定程度上拓展金屬材料的應(yīng)用空間。
                  				            		
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        安徽無(wú)為市“交地即交證”優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境政策正式落地
                            安徽無(wú)為市“交地即交證”優(yōu)化營(yíng)
                    
        近日，無(wú)為市自然資源和規(guī)劃局、無(wú)為市福渡鎮(zhèn)人民政府在無(wú)為潤(rùn)峰中海置業(yè)有限公司項(xiàng)目部現(xiàn)場(chǎng)舉行交地即交證頒證儀式，標(biāo)志該市交地即交證優(yōu)
        
                 
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        安徽全椒縣推動(dòng)農(nóng)村寄宿制學(xué)校試點(diǎn)工作
                            安徽全椒縣推動(dòng)農(nóng)村寄宿制學(xué)校試
                    
        設(shè)施齊全的衛(wèi)生食堂、水沖式的獨(dú)立衛(wèi)生間、樓道墻體粉刷一新的宿舍……走進(jìn)安徽省全椒縣武崗學(xué)校，已經(jīng)運(yùn)行滿一年的農(nóng)村特色寄宿制學(xué)校成果
        
                 
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