[发明专利]基于空隙的超材料

说明书

公开了一种多孔超材料，该多孔超材料包括内部具有多个空隙(103)的基体(101)，其中，有益内容物(104)被捕获于空隙(103)的至少一部分的每一个内，与基体(101)分离，从而向超材料的相应单元胞(100)提供与有益内容物(104)在至少一个空隙(103)内的存在相关联的预期预定特性。提出了所公开超材料的各种应用，包括装甲，这些装甲在空隙内局限有非牛顿流体或磁性颗粒二者之一，作为有益内容物。在使磁性颗粒经受旋转磁场时，磁性颗粒在空隙内旋转并获得角动量，从而提高装甲针对穿透的抵抗力。还公开了用于制造在内部空隙内局限有有益内容物的多孔超材料的系统和方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月8日提交的临时专利申请No.62/385,037的益处，据此在不引起否认的情况下以引证的方式将该申请全文并入。

技术领域

本公开涉及超材料领域。

背景技术

超材料及其机械和电磁特性在研究和工业这两者中备受关注。新制造方法和设计的开发和使用已经产生具有用于种种不同领域和应用中的特性的超材料。当前发展基于形成超材料的方法、化学制品以及组成已经产生在超材料的骨架结构方面的、超材料的高级特性。

发明内容

所公开主题的第一广泛方面是包括如下面用示例的方式概述的特殊改进的超材料单元。

所公开主题的一个示例性实施方式是一种超材料单元，该超材料单元包括：基体，该基体包括多个单元胞；至少一个空隙，该至少一个空隙在多个单元胞中的至少一个单元胞内；有益内容物，该有益内容物被捕获在至少一个空隙内，从而向相应单元胞提供与在至少一个空隙内的有益内容物的存在关联的预期预定特性。

在各种示例性实施方式中，有益内容物与相应单元胞分离。

在各种示例性实施方式中，有益内容物是或包括流体。

在有益内容物是或包括流体的各种示例性实施方式中，流体是非牛顿的。

在各种示例性实施方式中，有益内容物是或包括至少一个刚性结构。

在各种示例性实施方式中，至少一个刚性结构是磁体或铁磁物体。如下文中将被称为所公开主题的第四方面，在其示例性实施方式的各种中，提出了一种装甲，该装甲包括超材料单元，该超材料单元在其单元胞空隙的至少一部分中具有磁体或铁磁物体，作为有益内容物。

在各种示例性实施方式中，至少一个刚性结构的脆度大于至少一个单元胞的脆度，使得当基体在外力的影响下变形时在基体保持完整的同时刚性结构可被压碎。

在各种示例性实施方式中，有益内容物是或包括至少一种流体和至少一个刚性结构。

在各种示例性实施方式中，捕获于至少一个空隙中的有益内容物在类型上与捕获于至少另一个空隙中的至少另一个有益内容物不同。

在各种示例性实施方式中，至少一个空隙在其中部中成型有缩窄部，使得由于缩窄部而延迟或阻止被捕获的有益内容物在给定力的影响下从第一空隙区域穿过所述缩窄部到第二空隙区域中的通过或流动。

在各种示例性实施方式中，基体包括围绕至少一个空隙的至少一部分盘绕的嵌入式金属线。

在各种示例性实施方式中，在与围绕至少一个空隙的至少一部分的盘绕金属线关联的该至少一个空隙中容纳的有益内容物是磁体，借此，在磁体在至少一个空隙中移动时，在所述嵌入式金属线中生成电磁信号。

在各种示例性实施方式中，基体空隙的至少一部分由在基体中形成的多个空隙通道联网，从而允许有益内容物从一个空隙穿过空隙通道到另一个空隙的通过。