2025 年 4 月 23 日，休斯頓大學（University of Houston）的研究人員取得重大突破，成功將古老設計智慧與現代材料科學相融合，開發出一種新型陶瓷結構——這種結構可以在壓力下彎曲而不會斷裂。這項技術的潛在應用范圍從醫療假肢到航空航天和機器人領域的抗沖擊部件，這些領域對輕質但堅韌的材料有很高的需求。
傳統陶瓷以脆性著稱，在應力下易碎裂，難以應用于高沖擊或適應性場景。但這種情況可能很快就會改變，因為由機械和航空航天工程助理教授Maksud Rahman和博士后研究員Md Shajedul Hoque Thakur領導的UH研究團隊采用折紙啟發的結構設計結合柔性聚合物涂層技術成功將脆性陶瓷轉變為堅韌、柔性的新型結構材料。該研究成果最近發表在《Advanced Composites and Hybrid Materials》期刊上。
Rahman教授表示："陶瓷材料雖然具有生物相容性、輕量化等優勢，但其災難性斷裂特性限制了應用。我們的目標是將其轉變為更安全可靠的失效模式。"
圖?三浦折疊結構，來源：MetaNest - Own work, CC BY-SA 3.0
為此，該研究團隊通過3D打印技術制作基于三浦（Miura-ori）折疊構型的陶瓷結構，并涂覆可拉伸的生物相容性聚合物。由此產生的結構可以以普通陶瓷無法處理的方式處理應力。當沿不同方向壓縮時，涂層結構會彎曲并恢復，而未涂層結構則會開裂或斷裂。
Thakur博士表示："折紙幾何結構賦予材料機械適應性，而聚合物涂層則提供了恰到好處的柔性來防止突然斷裂。"
研究人員對材料結構進行了靜態壓縮和循環壓縮測試，并通過計算機模擬驗證了實驗結果。測試結果顯示，經過涂層處理的樣品始終表現出更強的韌性——特別是在原始陶瓷材料最薄弱的受力方向上，性能提升尤為顯著。
Rahman教授強調："折紙不僅是一門藝術，更是強大的設計工具，它能重塑我們應對生物醫學和工程領域挑戰的方式。這項工作證明，即使是最脆弱的材料，通過特定的折疊模式也能獲得全新的功能特性。"
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