仿生剪纸结构双稳态防护关节

仿穿山甲鳞抗冲击

结合凯夫拉织物与剪切增稠弹性体的剪纸结构，在拉伸变形下产生负泊松比效应并高效耗散冲击能量，显著提升人体关节的被动防护能力。

Zhou, Jianyu · Mei, Liu · 汪胜 · Zhang, Junshuo · Mingyang, Ni · Liu, Shuai · Yu, Wang · 邓华夏 · 刘冰 · 龚兴龙

Composites Part B: Engineering 2024

技术优势

拉伸变形不膨胀

复合材料表面模仿穿山甲鳞片引入缺陷，在拉伸应变下产生负泊松比变形，材料在受力方向收缩而非膨胀。

冲击下快速变硬

导电剪切增稠弹性体在受到冲击时模量迅速增加，耗散大量能量，保护关节免受伤害。

无需外部电源

整个防护机制基于材料固有的机械响应和结构设计，被动工作，不需要传感器、电源或控制系统。

应用场景

• 柔性可穿戴抗冲击防护：给关节护具贴上Kiri-Kevlar，受冲击时布面拉伸变硬，直接吸能防伤。
• 仿生结构材料：借鉴穿山甲鳞片缺陷设计，让材料拉伸时横向收缩，提供新仿生结构思路。
• 人机交互防护装备：复合导电剪切增稠弹性体，有望在防护同时监测冲击，实现人机交互反馈。