仿生物灵感！哈工程研发 “金字塔” 碳纤维蜂窝，实现 “轻而强” 突破

海洋生物藤壶的吸附韧性，竟为航空航天材料轻量化难题提供了创新密钥。近日，哈尔滨工程大学航建学院先进船舶复合材料与结构团队，从这一海洋生物的结构特性中汲取灵感，成功研发出一种形似 “金字塔” 的新型碳纤维蜂窝结构 —— 在保持 “轻如鸿毛” 特性的同时，其抗剪切性能实现跨越式提升，为高端装备材料的性能升级开辟了新路径。

受藤壶结构启发的金字塔蜂窝

相较于传统蜂窝结构的垂直侧壁设计，该团队创新打造的 “金字塔蜂窝” 结构，通过将侧壁改为倾斜式布局，使无数微型 “金字塔” 紧密排布。这一设计巧妙借力碳纤维 “高抗拉、高抗压” 的材料本质，如同斜拉桥的钢索通过角度分配分散承重一般，让载荷在倾斜侧壁间高效传递，最大化发挥材料的结构优势。

性能验证环节中，团队成功制备出密度仅为 17-31.7kg/m³ 的金字塔蜂窝芯 —— 这一密度相当于水的 1/30，堪称 “漂浮级” 轻质材料。更令人瞩目的是，在同等重量条件下，这种新型蜂窝结构的抗剪强度与刚度远超传统复合材料蜂窝，一举填补了超低密度结构在高剪切性能领域的技术空白。

复合蜂窝材料的典型应用领域

实验数据证实，该新型碳纤维蜂窝结构的 “轻强兼备” 特性，在航空航天领域展现出不可替代的应用潜力：航天器的天线反射器、太阳能电池板等关键部件，需在太空极端温差环境中保持高精度形状，而其优异的热稳定性可有效抵御温度变化引发的变形，保障设备稳定运行；在飞机制造中，若将其应用于机翼蒙皮、机舱地板等部件，既能实现显著减重，又能提升结构抗气流剪切能力，间接降低燃油消耗，助力绿色航空发展。

值得一提的是，该结构在工业化生产中同样具备优势：无需依赖复杂模具，仅通过调整设计图纸参数及原材料壁厚（最薄可至 0.03 毫米），即可灵活调控材料性能，为规模化量产奠定了坚实基础，有望加速从实验室走向实际应用的转化进程。

来源：上证报中国证券网