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具有修復和“肌肉”功能的聚合物復合材料
發布:shadow   時間:2015/4/20 15:33:07   閱讀:3584 
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材料與測試:具有修復和“肌肉”功能的聚合物復合材料

新一代能夠滿足治療需求的復合材料的發展又推進了一步,這是由美國研究人員為我們帶來的研究成果。

當前,哪怕是最堅韌的復合材料,也很容易受到損壞,從而縮減壽命、限制其適用范圍。因此近幾十年來,研究主要集中于尋找低成本、可耐用的材料來進行自身修復。

但是在裂紋上有效并廉價地重建化學鍵是具有挑戰性的一項工作。自修復材料一直以來吸引了很多人的興趣,但是研究表明液態修復劑只對微米或亞微米級尺寸的裂紋適用,而對大一點的裂紋就需要另尋途徑,即所謂的修復需求,例如用熱處理的外部刺激來引發修復過程。大部分這些過程也需要外部加載以便在修復開始之前首先使裂紋變窄。

在最近發布在《聚合物》的一篇論文中,研究者在生物體系中尋求修復需求復合材料的靈感。肌肉以及它的緊縮和放松使所有動物可以移動。對于復合材料研究者來說,這種模式也能成為不使用外部加載而縮小裂紋的關鍵因素。形狀記憶合金的細金屬絲很久之前就被用在聚合物中進行測試,但是它們的高成本和低界面粘附性限制了其很好的應用。

一種廣泛使用的商業產品——釣魚線給了研究者Zhang和Li發展更可靠聚合物“肌肉”的靈感。這種線緊緊的扭曲盤繞,在加熱使用時會發生很明顯的擴張。因此將這種彈簧式的釣魚金屬線植入到一種熱固性樹脂和一種細粒度熱塑性粉末中。樣品的力學測試顯示通過加熱(使用標準熱風槍),聚合物“肌肉”能重復促進放松和收縮。當裂紋被引入到材料中,這種刺激對裂紋起到了限制作用。然后這種熔融熱塑性修復劑會充滿到窄裂紋中,重新形成損壞的分子鍵。當這種復合材料冷卻至室溫時發現裂紋(初始直徑0.24mm)已被修復,裂紋兩邊幾乎沒有肉眼可見的分隔。

人們希望這種低成本、高效修復、相容性好、極柔軟的人工“肌肉”能夠為設計新型修復需求的聚合物復合材料開拓新途徑。
 


來源:材料與測試
譯者:Sarah
譯自materialstoday
 
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