160倍从扭曲中增加功率:超材料突破重新定义储能

一组国际研究人员开发了一类开创性的机械超材料,能够在前所未有的水平上存储和释放弹性能量。通过将杆巧妙地扭曲成螺旋形状并将其整合到新的超材料结构中,它们已经克服了传统的设计限制,达到了焓的幅度,比现有材料高2至160倍。 [...]

来源:SciTech日报
科学家们发现了一种使用特殊设计的超材料中的扭杆来存储机械能的新方法,为机器人和机器带来巨大的能量密度增益和巨大潜力。图片来源:SciTechDaily.com

一组国际研究人员开发出了一种突破性的机械超材料,能够以前所未有的水平存储和释放弹性能量。

超材料

通过巧妙地将棒扭转成螺旋形状并将其集成到新的超材料结构中,他们克服了传统的设计限制,实现了比现有材料高 2 至 160 倍的热函。这一突破为机器人、减震和下一代机器的能量密集型组件打开了大门。

机械储能的创新方法

无论是用于吸收冲击的弹簧、用于存储能量的机械缓冲器,还是机器人和节能机器中的柔性组件,许多现代技术都依赖于存储机械能的能力。这涉及将动能、运动或机械功转化为弹性能,以便在需要时可以完全释放。这个过程中的一个关键因素是焓,它是指材料中可以储存和回收多少能量。

根据卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 教授 Peter Gumbsch 的说法,最大化焓并非易事。 “困难在于将相互冲突的特性结合起来:高刚度、高强度和大可恢复应变。”

该模型显示了超材料的螺旋变形。由于这种机制,可以在不损坏的情况下存储大量能量。图片来源:IAM、KIT / 拼贴:Anja Sefrin、KIT

设计高性能超材料

最大能量保留的扭转机制

新颖材料设计中创纪录的高热函

高能材料的未来应用

自然 DOI: 10.1038/s41586-025-08658-z 不错过任何突破:加入 SciTechDaily 时事通讯。 谷歌 发现 新闻