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有可能制造出既强韧又能自愈的橡胶,他们发明了一种可在遭受极端机械损伤后自行修复的柔性复合材料

发布时间:2020-03-04 19:09编辑:军事浏览(126)

    近期,美国宾汉姆顿大学和纽约州立大学的研究人员共同开发出一种新型真菌自愈混凝土,可以帮助修复老化混凝土的永久裂缝,这将有助于拯救破败的基础设施。

    中国四川大学和美国哈佛大学科学家合作研制出一种“自愈”橡胶,可自行修补损伤,并像天然橡胶一样强韧。这项技术有着广泛的应用潜力,例如用于制造可自行修复的轮胎,受损后无须立即更换,有助于降低事故风险。

    可“自愈”橡胶

    把氢键与共价键相结合,有可能制造出既强韧又能自愈的橡胶,但这两种键很难共处。研究人员在美国《先进材料》杂志上报告说,他们使用互相交联的随机支化聚合物,成功在分子尺度上把氢键和共价键“绑”在一起。

    可“自愈”混凝土

    这种新型橡胶受到拉力时,会出现网状纹路,形似裂纹但不会完全裂开,保持着一些纤维状的连接物。网状纹路能分散拉力,防止材料出现无法修复的严重断裂。拉力消失后,橡胶会恢复原来的形状,并保留约30%的抗拉强度。

    这种混凝土中混合的真菌被称为木霉菌,当这种真菌搭配相应比例的营养物质与混凝土混合时,它会一直处于休眠状态。直到建筑物的第一道裂缝出现后,在水和氧气的作用下,休眠的真菌孢子就会发芽、生长并沉淀碳酸钙,从而填补裂纹。当裂缝被完全填满时,缺少水和氧气的真菌孢子将转换至休眠状态。如果未来再产生裂缝,孢子则会再次被唤醒。

    普通橡胶里的分子由共价键相连,共价键强度很高,但断裂后无法恢复。此前曾有科学家研制出自愈橡胶,分子间由氢键连接,断裂后可以恢复,但强度较低。

    工程建筑老化后,一般会出现松动和裂缝,若不及时保养修复,暴露在空气中的水、氧气、二氧化碳等物质就会沿着缝隙扩展侵蚀到钢筋,从而破坏建筑物整体结构。

    电子线路的诞生,使万物走向智能化,但其脆弱易毁的缺点一直制约着各类电子产品的性能与耐用度。许多自然生物具有强大的生命力与自我修复的能力,若脆弱的电路能够模仿这种特性,则能极大提升其品质效益、扩展应用范围。

    前不久,美国卡内基梅隆大学的研究人员在《自然材料》杂志发表文章称,他们发明了一种可在遭受极端机械损伤后自行修复的柔性复合材料,为提高电路寿命提供了新的可能性。

    普通橡胶里的分子由高强度的共价键相连,但断裂后无法恢复。曾有科学家将其改由氢键连接,断裂后可以恢复,但强度较低。于是,科研人员在此基础上开发了一种“分子绳”,将原本很难共处的氢键和共价键结合在一起,允许它们在分子尺度上均匀混合,从而制造出一种透明坚韧、可以“自愈”的橡胶。当这种新型橡胶受到拉力时,会出现网状纹路,形似裂纹且不会完全裂开,并形成一些纤维状的连接物。拉力消失后,橡胶恢复原状,同时保留约30%的抗拉强度。

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    机动车因爆胎引发的事故屡见不鲜,如何减少因爆胎而造成的伤亡是人们长期关注的问题。近期,美国《先进材料》杂志刊文,介绍了一种可“自愈”橡胶。采用这种橡胶,轮胎爆胎后可以在机动车行进中自我修复,并像天然橡胶一样强韧,提高了机动车的整体安全性。

    这项技术有着广泛的应用前景,例如用于制造军用装备的轮胎,受损后无须立即更换,可提高其战场生存能力。

    可“自愈”电路

    据研究人员介绍,如何解决木霉菌在混凝土恶劣环境中保持长期活性的问题尚有一定困难,为此他们已将目光投向更多可替代的微生物,并希望这种混凝土能成为未来工程建筑的首选。

    这种柔性复合材料由悬浮在软弹性体中的液态金属液滴组成,当遭受损坏时,液滴破裂后与邻近的液滴形成新的连接,在没有中断线路的情况下重新导通电信号。使用这种导线材料制造的电路,在被切断、刺穿或移除材料后,仍然能保持完美连续运行。这项技术使柔性电子器件和机器有机结合,展现出柔软生物组织和有机体的非凡恢复能力,为进一步推动仿生机器人技术、人机交互和可穿戴计算设备的发展和完善提供了新的支撑。

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