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自我修复塑料研制成功

2019-10-09 13:44:02来源:励志吧0次阅读

作为经典的宇航员求救信号,“休斯敦,我们有麻烦了”或许正在走向销声匿迹的那一天,而这还要感谢研究人员开发出的一种具有自我修复机制的塑料。这种材料能够修补直径达1公分的空洞,并且在这一过程中恢复材料绝大部分的原始强度。

能够自我修复的聚合材料——比较典型的是塑料——并不是什么新东西。但是美国伊利诺伊大学香槟分校材料学家WindySantaCruz指出,迄今为止,这种材料只能够修复非常微小的缺口——最多不超过几毫米。

在这项新的研究中,SantaCruz和她的同事将化学与机械工程学研究结合起来。这项技术的优势在于瞄准了能够在潜在的灾难性损伤——例如很难接近的弹道冲击损伤或裂纹——之后修复自身的合成材料。

研究人员在5月9日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。

研究人员研制了两种当分开存放时不起化学反应的液体。然而将这两种液体混合后会引发两个反应——第一个反应能够把混合物变成凝胶,第二个反应则逐渐将其凝固成硬塑料。

研究人员面临的挑战是需要找到一种方法来合并这两种液体,使两个反应在一个单一的系统里发生,并且是在不同的时间。

为了实现这一目标,研究人员从身体的静脉和动脉网络中获得了灵感。他们首先使用了包含有微小通道的普通塑料。这种材料是在塑料呈液态时加入纤维,之后在其凝固后除去纤维所制成的。研究人员随后在每一个“微通道”中注满了其中一种液体。该研究合作者、伊利诺伊大学化学家JeffreyMoore表示:“你可以把这些微通道看作是一个脉管系统,就像血管那样。”

接下来,研究人员对塑料进行了受控冲撞,旨在形成一个孔洞和无数的裂缝,从而测试其自我修复能力。这一过程导致微通道破裂,进而使液体流出、混合并最终固化。

Moore指出:“随着越来越多的液体被泵入微通道,凝胶最终跨越了整个受损的区域,并完全填充了空隙的空间。”

在这一过程中,注满一个直径约为1公分的孔洞需要20分钟,而这种凝胶大约需要3个小时便可以凝固为坚硬的塑料。研究人员如今正在致力于使这套系统能够以更快的速度自我修复。

并未参与该项研究的伊利诺伊州埃文斯顿市西北大学化学家FraserStoddart指出,这项新技术的潜在应用范围从航空航天工程一直到外科植入手术。Stoddart说:“这一研究表明,我们能够期待自动修复比之前所想的更大长度尺度的断缝、裂痕和孔洞。”

但Stoddart强调,现实生活中的聚合物断裂可能比实验室中所产生的断裂要复杂得多,因此自我修复机制可能需要依赖于多种技术的结合。

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