如果一种材料的固有缺陷实际上使房屋和建筑物在野火和地震中变得更坚固呢?
普渡大学(Purdue University)的研究人员研制出了3d打印的水泥浆料，这是用于建造各种基础设施的混凝土和砂浆的关键成分，在压力下会变得更坚硬，就像龙虾和甲虫等节肢动物的外壳一样。这项技术最终可能有助于在自然灾害中建立更有弹性的结构。
“大自然必须克服弱点才能生存，所以我们使用水泥基材料的‘内置’弱点来增加其韧性，”他说Jan Olek他是普渡大学的教授里尔斯土木工程学院．
这个想法是利用节肢动物外壳的设计来控制材料印刷层之间的损伤扩散，就像试图打破一串未煮熟的意大利面条，而不是一根面条。
“节肢动物的外骨骼有裂纹扩展和增韧机制，我们可以在3d打印水泥浆液中复制这些机制，”他说巴勃罗Zavattieri他是普渡大学土木工程教授。
3d打印水泥基材料——如水泥膏体、砂浆和混凝土——将使工程师对设计和性能有更多的控制，但技术上的障碍阻碍了他们的发展。
普渡大学的工程师们是第一个使用3D打印技术，用水泥膏创建生物灵感结构的人，正如发表的一篇论文和即将出版的印刷版期刊的卷首所示先进材料．
“3D打印已经不再需要为每种设计类型创建模具，因此我们可以实现这些独特的水泥基材料的性能，这在以前是不可能的，”他说Jeffrey血性小子普渡大学教授材料工程．
该团队还使用微ct扫描来更好地理解硬化的3d打印水泥基材料的行为，并利用它们的弱特性，例如在打印层之间的“界面”中发现的孔隙区域，它会促进开裂。这一发现最近在第一届国际混凝土与数字化制造会议。
普渡大学土木工程博士候选人Mohamadreza“Reza”Moini说:“3D打印水泥基材料提供了对其结构的控制，这可以创造出更多的损伤和抗缺陷的结构元素，如梁或柱。”
团队最初的灵感来自于螳螂虾它用“指节棍”的附肢征服猎物，这种附肢在受到冲击时通过扭曲的裂缝变得更加坚硬，从而消耗能量，防止棍体解体。
团队使用3D打印技术设计和制作了一些受生物启发的水泥砂浆元素，包括“蜂巢”、“兼容”和“Bouligand”设计，称为“建筑”。
这些架构都允许3d打印元素在强化后产生新的行为。例如，Bouligand建筑利用了脆弱的界面使材料更抗裂，而柔顺的建筑使水泥基元素像弹簧一样，即使它们是由脆性材料制成的。
该团队计划探索其他方法，以水泥为基础的元素可以设计建造更有弹性的结构。
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