【新視點】納米縫合讓復合材料更輕更堅韌
發(fā)布時間：2024-04-23 發(fā)布來源：科技日報
美國麻省理工學院工程師證明，他們使用新開發(fā)的納米縫合方法可防止復合材料層之間的裂紋擴展。通過在復合材料層之間沉積化學生長的“碳納米管森林”，微小而密集的纖維將各層緊緊地固定在一起，就像超強的尼龍搭扣一樣，防止各層剝落或剪斷。相關研究日前發(fā)表在美國科學促進會網(wǎng)站上。
為了節(jié)省燃料并減少飛機排放，研究人員正在尋求用先進復合材料制造更輕、更強的飛機。這些復合材料由嵌入聚合物片材中的高性能纖維制成，片材可堆疊壓制成一種多層材料，并制成極其輕質且耐用的結構。
但復合材料有一個弱點：層與層之間的空間，通常需填充聚合物“膠水”，以將各層黏合在一起。如果發(fā)生撞擊，裂紋很容易在各層之間擴散并削弱材料強度。隨著時間推移，復合材料可能會在沒有任何警告的情況下突然崩潰。
此次團隊在對薄層碳纖維層壓板進行的實驗證明，與傳統(tǒng)聚合物的復合材料相比，通過納米縫合黏合的各層可將材料的抗裂性提高60%。
納米縫合的概念涉及“種植”垂直排列的“碳納米管森林”——碳的中空纖維。每根碳納米管都很小，以至于數(shù)百億納米管可以站立在比指甲還小的區(qū)域中。為了生長納米管，該團隊使用化學氣相沉積工藝，使碳作為微小的支撐物沉積在表面上。這些支撐物最終會被移除，留下一片密集的“碳卷森林”。
研究人員設想，任何采用傳統(tǒng)復合材料的車輛或結構都可通過納米縫合變得更輕、更堅韌、更有彈性。下一代飛機如果采用復合材料與納米縫合技術結合在一起，可使飛機更安全并具有更長的使用壽命。
圖片來源|東西南北雜志社
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