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客户文献 | 基于丝瓜海绵仿生结构的微纳米CT成像分析与缓冲性能研究

提供者：奥影检测科技（上海）有限公司发布时间：2025/1/8 15:04:31 阅读次数：85次进入该公司店铺

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湖南工业大学研究团队在国际知名期刊《Applied Sciences》上发表了一项重要研究成果。该研究通过微焦点CT成像系统深入检测了丝瓜络海绵的内部仿生结构，并系统研究了其缓冲性能。这项研究的作者为谢勇老师。

研究摘要

丝瓜络海绵具有的缓冲性能。本文提出了一种受丝瓜络海绵启发的仿生结构。该仿生结构的几何形状基于分形理论，通过 Python 编程语言构建，并由 3D 打印机制备而成。

随后进行了一系列准静态压缩测试和有限元分析，以确定缓冲性能。采用优化设计确定最佳设计参数。结果表明，长度（a）对比吸能的影响比角度（θ）更为重要。

发现最佳参数为长度小于4mm且角度约为 11°。丝瓜络海绵的仿生结构可能为天然多孔材料提供一个新颖的视角。研究结果展示了设计分层多孔结构的巨大潜力以及在缓冲和能量吸收领域的广阔应用前景。

仿生材料取样研究方法

丝瓜络海绵的结构

(a) 天然丝瓜络；
(b) 丝瓜络海绵的四个主要部分：O（外层）、M（中层）、I（内层）和C（核心层）；
(c) 丝瓜络海绵的三个主要方向。

仿生研究的流程图

CT表征结果

丝瓜络海绵的微计算机断层扫描（micro-CT）图像

(a) 丝瓜络海绵的横截面；
(b) 丝瓜络海绵的三个高密度区域；
(c) 天然丝瓜络的横截面；
(d) 丝瓜络海绵的纵截面；
(e) I层的纹理；
(f) 简化结构。

(a) 四种丝瓜络海绵的分形维数；
(b) 来自丝瓜络海绵层（I层）的试样。

*在这里，“分形维数”是一个描述物体复杂程度或不规则程度的数学量。在材料科学中，分形维数常被用来表征多孔材料的孔隙结构复杂度。丝瓜络海绵作为一种多孔材料，其分形维数能够反映其内部孔隙结构的复杂性和不规则性。“丝瓜络海绵”是一种由丝瓜纤维构成的多孔材料，常用于清洁、过滤和吸音等领域。在这里，“I层”可能指的是丝瓜络海绵中的某一特定层或区域，用于取样进行进一步的分析或测试。

研究结论

仿生结构的比能量吸收值已接近丝瓜海绵，但比强度仍有提升空间。本研究基于准静态压缩，动力学速度效应需进一步研究。TPU材料因其加工简便和弹性好被选用，但高密度限制了其力学性能。材料横向比较是下一阶段研究重点。仿生结构虽受树结构启发，但在缓冲和包装设计中应用少。基于丝瓜海绵的运输托盘概念是仿生结构的应用实例。微焦点CT在仿生结构研究中至关重要，有助于精确分析和优化结构性能。

原始文献：

Yong Xie, Hailong Bai , Zhenghao Liu and Nanning Chen. “A Novel Bionic Structure Inspired by Luffa Sponge and Its Cushion Properties” [J]Appl. Sci. 2020, 10, 2584; doi:10.3390/app10072584

论文应用设备

本研究中所使用的Mirco CT设备是由奥影研发生产的高精度微纳米CT成像系统——AX-2000CT，该系统专为高等教育和科研实验环境设计，扫描精度高、速度快、应用范围广泛等特点。同时，它还支持升级原位加载扫描、光学放大物镜耦合探测器成像等多种灵活配置，进一步丰富应用场景，为材料研发、3D打印、电子元件制造、地矿分析等领域，提供高效的无损数字成像技术支持。

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作为行业的先行者，奥影可提供全系列的工业CT类型产品。包括微焦点工业CT 、计量型高精度工业CT 、大型双源双探CT、高能加速器CT 、纳米CT、在线式CT、原位加载CT、快速平板CT等，可广泛应用于制造业、航空航天、汽车、电子、医疗、新能源、科研等行业领域。无论是无损检测、材料分析、质量控制还是产品设计，奥影工业CT产品都能满足客户的需求。