美国空军实现“令人震惊”的材料技术突破

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空军研究实验室与华盛顿洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究合作伙伴一起,致力于通过突破性的发展改变材料技术的形态,这可能为军方及其他领域开辟新的可能性。

通过空军科研办公室资助的基础研究工作,该协作团队开发了一种3D打印的聚合物基泡沫结构,该结构可响应冲击波的力来充当单向开关,这是人们长期以来寻求的-在冲击研究目标之后。

美国空军高级材料研究工程师Jonathan Spowart博士表示,这种新颖的材料配置虽然处于开发的早期阶段,但仍有可能扩大规模,以便以各种方式用于各种应用,包括用于保护结构。

Spowart将这种材料描述为一种类似泡沫的结构,其中包含一系列专门设计的小孔,这些小孔决定了整体行为特征。在几个月的时间内,AFRL专家使用计算机建模进行了试验,以确定最有效的孔几何形状,以实现所需的材料响应。 Spowart说,当他们到达一个有希望的配置时,团队将打印一个小的测试物品,一个平板,其大小不超过橡皮擦。在洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的帮助下,他们在华盛顿州阿贡国家实验室的动态压缩部门用户设施上进行现场工作,然后他们将进行测试并使用X射线对标本成像以确定性能。

美国空军团队将从那里审查结果并微调材料配置,以通过其他建模和测试进一步完善产品。 Spowart将最终产品描述为包含一系列空心锥体。当这些圆锥体遇到冲击波时,它们会向内坍塌,形成从相反侧突出的喷射突起。这些喷流可定位冲击波能量,这是材料独特的定向行为的起源。

Spowart表示,这项努力代表了材料工程领域的重大突破。他将此次成功归功于AFRL,Los Alamos和Argonne国家实验室的团队的协作,沟通和专业知识,以及AFOSR的基础研究经费。

他说:“材料技术来自AFRL,”他对项目团队的建模和材料专业知识表示赞赏。 “测试设施和测试方法来自Los Alamos。因此,当您将这两件事放在一起时,就会得到一个非常好的团队。”

他补充说,阿贡国家实验室提供的卓越测试成像对证明这一概念至关重要。他解释说,实验室的先进光子源同步加速器是一种独特的设备,可以在被测物上发射非常强大且集中的X射线束,从而可以对穿透样本的冲击波进行逐帧成像,所有这些都可以发生。在几纳秒内。

美国空军高级机械工程师Christopher Neel博士说:“这种新的成像功能,再加上新的制造技术和计算机模拟,使团队能够以远远超出几年前的方式来获取图像和评估概念。”

洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家布列塔尼·布兰奇(Brittany Branch)补充说:“动态压缩部门是一个独特的设施,能够对动态事件进行现场成像,从而为我们提供了微观结构对动态行为的前所未有的信息。” “传统的冲击压缩诊断无法阐明冲击压缩过程中发生的定位现象。我们会发现与传统技术相比,冲击速度有所不同,但不知道为什么。
这些实验非常令人兴奋,因为我们是首次展示了防震二极管。”

Spowart表示,该团队计划公布他们的发现,并致力于将该技术进行转换以进一步成熟并集成到现有系统中,他认为该技术具有巨大的潜力。 “我们为这项努力以及使之成为可能的团队感到非常兴奋。这是基础研究可以用来增强我们的能力的一个很好的例子。”

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