自修复材料研究取得进展 可在超低温下实现

自修复材料研究取得进展 可在超低温下实现-CompositesPlus

来自伯明翰大学和哈尔滨工业大学的研究人员称,他们已经发明了一种方法,可在低于冰点的超低温度下实现复合材料自修复裂纹。发表在英国皇家科学学会论文显示,这一成果首次表明,自修复材料可在超低温度下实现控制修复。

研究团队表示这种方法适用于在特定的部位维修和替换具有挑战性的纤维增强材料,例如近海的风轮机,或者在以往被认为“不可能”的飞行途中的飞行器或卫星等。

自修复复合材料可以自动恢复材料性质,并且在比较友好的环境中,复合材料显示出了令人印象深刻的修复能力。但是研究人员宣称,直到这篇论文出现为止,在极端的不友好的环境中,例如在极低的温度下,实现自修复被认为是不能实现的。

与自然界中一些动物保持恒定的体温以保证体内酶的活性的道理类似,这种新型结构的复合材料可以保持其内核恒温。根据研究人员的说法,一些3D的中空导管被牢牢嵌入到了复合材料中,目的是为了向材料内部传递和释放具有修复作用试剂和可穿透性传导的成分,以便向材料内部在低温下需要解冻的部位提供热量。

来自伯明翰大学的王博士解释道:“加入的两种成分都是必不可少的。没有提供热量的成分,材料内部液态的试剂就会在零下60℃温度下冻住,化学反应就不会被触发。没有3D的中空导管,液态试剂就无法自动的被运送到裂纹处实现自修复。”

在零下60℃条件下,自修复效率在玻璃纤维增强层压材料中实现了超过100%。但这种技术其实可以应用在大多数的自修复材料中。实验人员运用泡沫铜薄片和碳纳米管薄片作为传导层进行试验,后者可以更有效的实现自修复,其实平均断裂能恢复107.7%,最大负荷恢复96.22%。

修复好的纤维增强复合材料,或晶核材料,可以因此拥有更高的层间性质——层间结合质量更高。这种性质越好,未来材料上再次出现裂纹的可能性就越低。

王博士补充道:“纤维增强复合材料因为其兼具了强度和轻质的特点而变得非常流行,是理想的飞行器和卫星适用材料。但是材料内部的微小裂纹可能造成毁灭性的事故。这些微小的裂纹不仅很难被检测到,而且即使被发现也很难修理。因此,迫切需要材料拥有自修复的能力。”

研究团队现在正采用更先进的加热层以面对降低加热成分对材料最大载荷产生副作用的问题。他们的最终目标是为更多的复合材料发明出一种新的自修复机理,使得材料无论在任何尺寸缺陷上或处于任何环境中,都能实现更加有效的自修复。

热门搜索
Top