模仿生物骨骼的自修復(fù)（self-healing）過程，研究人員在纖維增強(qiáng)的高分子復(fù)合材料中引入通道系統(tǒng)，通過注入樹脂對材料損傷的部位進(jìn)行修復(fù)。經(jīng)過修復(fù)的復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到損傷之前的97%。
歐洲噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)身主要是由纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料構(gòu)成。這種材料較同等的金屬材料相比重量更輕，強(qiáng)度和硬度更高；但是塑性較差。纖維增強(qiáng)在本質(zhì)上是一個平面的機(jī)制，對于所受到的沖擊無法較好地吸收和釋放。而作為飛行器的面板來講，細(xì)微的沖擊損傷是非常難進(jìn)行檢測的，但卻對材料的機(jī)械性能有重要的影響。
來自布里斯托大學(xué)的Richard Trask博士及同事們試圖通過使材料具備自修復(fù)的能力來解決這一問題。我們?nèi)梭w的骨骼也是由層狀的脆性單元所組成的復(fù)合材料。但是，當(dāng)骨骼中產(chǎn)生裂紋時，它可以通過兩種骨細(xì)胞進(jìn)行重建：蝕骨細(xì)胞（osteoclasts）和成骨細(xì)胞（osteoblasts）。蝕骨細(xì)胞可以侵蝕骨頭，它們在死亡的骨頭中產(chǎn)生通道或者管道。血管通過這些管道將成骨細(xì)胞帶到損傷的位置，慢慢生成新的骨骼。
研究人員通過“溶模（lost wax）”的方法將一個管道系統(tǒng)引入到高分子復(fù)合材料中。如果材料發(fā)生了損傷，就可以將一種修復(fù)用的樹脂注入這些管道中，對損傷的部位進(jìn)行修復(fù)。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過修復(fù)的復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到損傷之前的97%。
這項人造材料自修復(fù)方面的研究對相關(guān)工程領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的意義。 |
