金屬依靠其“堅(jiān)不可摧”的特性，經(jīng)常被用來制作鎖和螺栓等安全用途的用品。不過，一般的金屬仍然可能會(huì)被一些切割器等輕易切斷、鉆破。

由英國杜倫大學(xué)和德國弗勞恩霍夫機(jī)床與成型技術(shù)研究所IWU領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)，從葡萄柚堅(jiān)韌的細(xì)胞外皮和貝殼的抗斷裂外殼中獲得了制造新材料的靈感，創(chuàng)造出了他們所說的第一種制造出來的不可切割材料。

這種可以在安全、健康和安全行業(yè)中使用的輕質(zhì)新材料——Proteus（根據(jù)變形神的神話命名），可以將切削工具的作用力“能量逆轉(zhuǎn)”傳回去。Proteus這種新材料由陶瓷球體制成，該陶瓷球體被包裹在多孔的蜂窩狀鋁結(jié)構(gòu)中，在測(cè)試中，角磨機(jī)、鉆頭或高壓水刀無法切割這些陶瓷球。

圖：金屬陶瓷超材料的分層結(jié)構(gòu)。（a）夾心板樣品（245 mm×172 mm×40 mm），（b）陶瓷球呈線狀組織，（c）圓柱形試樣（直徑60 mm×150 mm）垂直排列陶瓷球，（d ）圓柱體的橫截面，其顏色與蜂窩狀鋁的壁厚相對(duì)應(yīng)，（e）陶瓷球體彼此不接觸，但由鋁制泡孔隔開，（f）蜂窩泡孔比陶瓷小一個(gè)數(shù)量級(jí) （g）鋁電解槽壁的厚度通常在0.2到0.4mm之間變化。

Proteus是由與生物聚合物材料相互連接的陶瓷體制成的，從而擁有了超強(qiáng)的抗斷裂能力。為了抵御最猛烈的強(qiáng)行切割工具，軟體動(dòng)物殼中發(fā)現(xiàn)的有機(jī)材料（如文石磚）在實(shí)驗(yàn)中被工業(yè)氧化鋁陶瓷和鋁泡沫金屬基體所取代。

新材料堅(jiān)固，輕巧且不可切割。研究人員說，它可以用來制造自行車鎖、輕型裝甲防護(hù)服，以及那些使用切削工具的人的防護(hù)設(shè)備。

研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）雜志上。新材料系統(tǒng)具有不斷變化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以動(dòng)態(tài)變化，并在與切削工具相互作用的地方產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)，這種動(dòng)態(tài)響應(yīng)更類似于一種活體結(jié)構(gòu)。

該材料由包裹在陶瓷球體周圍的蜂窩狀鋁結(jié)構(gòu)制成，這對(duì)切削刀具具有雙重破壞作用。當(dāng)使用角向磨光機(jī)或鉆頭切割時(shí)，由套管內(nèi)部的陶瓷球所產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)鈍化切割盤或鉆頭等工具。

圓盤和陶瓷球之間的相互作用產(chǎn)生了一個(gè)互鎖的振動(dòng)連接，可以持續(xù)不斷地抵抗切削工具的“宰割”。這讓刀片逐漸腐蝕，最終由于圓盤或鉆頭的力和能量轉(zhuǎn)向其自身而失效，并且刀片因自身的攻擊而被削弱和破壞。

此外，陶瓷會(huì)破碎成細(xì)微顆粒，這些顆粒會(huì)填充材料的孔狀結(jié)構(gòu)，并且隨著刀具速度的增加，陶瓷顆粒之間的原子間力會(huì)使微粒硬化。這樣，材料的適應(yīng)性進(jìn)一步增強(qiáng)，排斥了任何攻擊

即使是鋒利快速的水刀（水射流切割），也會(huì)在這種材料面前黯然失色：因?yàn)樘沾汕虻那嫱貙捔松淞髅娣e，這大大降低了它的速度并削弱了它的切割能力。

論文首席作者、杜倫大學(xué)工程系應(yīng)用力學(xué)助理教授Stefan Szyniszewski博士解釋稱：“從本質(zhì)上來說，切割我們的材料就像切開裝滿金塊的果凍一樣。如果要切入果凍，您會(huì)先碰到金塊，并且材料會(huì)振動(dòng)，從而破壞了切割盤或鉆頭。”

“我們?cè)O(shè)計(jì)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)融合了葡萄柚和貝類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。雖然它們是由相對(duì)較弱的有機(jī)物組成的，但卻擁有突出的防破壞性能。這些自然結(jié)構(gòu)揭示了金屬陶瓷材料的工作原理——基于與應(yīng)用負(fù)載的動(dòng)態(tài)交互作用，而非被動(dòng)抑制?！?/span>

“嵌入在這種柔性材料中的陶瓷也由非常細(xì)的顆粒制成，當(dāng)您在高速切割時(shí)，它們會(huì)變硬并抵抗角磨機(jī)或鉆頭，就像沙袋可以抵并阻止高速飛來的子彈一樣?！?/span>

研究人員表示，這種材料在安防和安全行業(yè)中可能還有許多有用而激動(dòng)人心的應(yīng)用，他們將會(huì)進(jìn)一步發(fā)掘。“到目前為止，我們還不知道其他任何制造的不可切割材料?！?/span>

研究人員們的這項(xiàng)材料技術(shù)正在申請(qǐng)專利，他們希望與行業(yè)合作伙伴合作，以便將其開發(fā)成面向市場(chǎng)的產(chǎn)品。

編譯/前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人APP資訊組

參考來源：

http://www.sciencetimes.com/articles/26557/20200721/proteus-material-resistant-to-cutting-tools.htm

https://scitechdaily.com/proteus-technology-new-material-is-strong-light-and-non-cuttable/