防震超材料——早产儿生命的守护神！

材料牛注：如何降低新生儿的死亡率？医疗保障必不可少，而将接受医疗途中所受到的生命威胁降到最低更是重中之重。新型防震超材料将成为早产儿的天使，也会是更多生命的守护神。

在英国，每年约有16,000名早产儿需要进行医疗转移。在生命救治黄金时段内，新生儿从农村被转移到城市，某些情况下运输时长可达两小时甚至更长。转移中使用的救护车、直升飞机或客机就像一个微型重症监护病房，里面有维持婴儿生命所需的所有设备。

但设备和运输工具的机械振动和噪音是早产儿脆弱生命的潜在威胁。从医生那里了解到，出于对婴儿生命的考虑，转移有时会被迫中止。转运的车辆需要配备特殊材料和结构，以将噪声和振动降低到婴儿可承受范围内。

最近，研究团队在核反应堆设计的启发下开发出一种特殊的“超材料”，结合材料两种已知特性提供的双重保护保证其比现有材料更大程度的减振效果。一旦通过测试可成功应用，用该材料制造的新生儿转移用车将会更加安全。它甚至可在更大的结构中发挥减震作用，如可防止建筑物在地震中受损。

拉胀材料可以减弱振动。它们的泊松比是负的，这意味着当沿其长度方向拉伸时、其厚度增加，而不像弹性材料会变薄。想象一下，拉伸一张弄皱或折叠的纸，纸张在展开时会变得更长、更宽，这就是拉胀效应。还有其它不寻常的材料（也叫负刚度材料），当纵向拉伸时其长度会收缩而非拉伸。将其用于复合材料时，它常常表现出显著的振动阻尼特性。

如果你站在尺子的一端，从顶部向下推，它会弯成一个C形。如果你从C形外侧的中点向反方向推，尺子将产生侧向推力的反作用力，这叫做正刚度。但随着推力的不断增加，尺子的弯曲会转向另一侧形成一个倒置的C。当弯曲方向发生改变时，尺子正在借助外力，而非抵制外力。在这个过渡阶段，它显示出所谓的负刚度。

使材料表现出这种不寻常特性的一种方法是开发机械超材料。这些由较小结构单元通过特定几何排列制成的超材料具有特殊的机械性能。研究人员已开发出了兼具负泊松比和负刚度属性的“双负”机械超材料。

超材料由咬合的六边形组成，通过沿着连接相邻六边形的互锁滑动，在受压时材料会由各方向一起移动，这就产生了拉胀效应。上面工作的灵感来自于19世纪50-60年代设计和建造的核反应堆的石墨芯互锁拉胀结构，这一结构是为了让核反应堆在地震期间经受住地震造成的震动而做出的特殊设计。研究人员还在互锁块之间增加了三个负刚度元件，即泡沫插入件、弯曲梁插入件和磁体阵列。

阻止共振

研究人员希望超材料中拉胀和负刚度性质的组合赋予材料相比只具有单一特性时更好的抗振能力。通过精心设计，期望它能够抑制许多不同频率的振动。

由于该技术可放大或缩小，一旦确定了超材料在减震方面的优势，它便可应用于救护车、建筑物等多个不同领域。

研究人员还认为这两种性质的组合原理可应用于其他材料。如，在军事活动和救灾过程中，将可折叠的拉伸桁架结构用于快速搭建帐篷和掩体。在这种结构中加入负刚度元件将使它们能够抵抗诸如地震等的剧烈震动。

下一步，还需将这种技术进一步转化为产品设计和制造，超材料的未来一片光明。

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

本文由编辑部月亮提供素材，谷雨星编译，雪琰审核，点我加入材料人编辑部。

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