北卡羅萊納州立大學(xué)的工程研究人員開發(fā)了一種新的自修復(fù)復(fù)合材料，使結(jié)構(gòu)能夠在不被淘汰的情況下自行修復(fù)。

這項(xiàng)新技術(shù)解決了自愈合材料的兩個(gè)長期難題，還可以大大延長飛機(jī)機(jī)翼和風(fēng)力葉片等結(jié)構(gòu)部件的壽命。

首先，這些材料通常需要從停止使用才能自修復(fù)。例如，有些需要在烘箱中加熱，但對于大型部件或特定部件在使用時(shí)無法做到這一點(diǎn)。第二，自我修復(fù)只能在有限的時(shí)間內(nèi)有效。

例如，這種材料可能可以自修復(fù)幾次，之后它的自我修復(fù)性能將顯著下降。北卡羅萊納州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)提出了一種方法，以一種有意義的方式解決這些挑戰(zhàn)，同時(shí)保留結(jié)構(gòu)纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度和其他性能特征，

從實(shí)際角度來看，這意味著用戶可以在很長一段時(shí)間內(nèi)依賴所提供的結(jié)構(gòu)組件，如風(fēng)力葉片，而不必?fù)?dān)心出現(xiàn)故障。

通過延長這些復(fù)合材料的壽命，我們使它們更具可持續(xù)性。雖然風(fēng)力葉片是一個(gè)很好的例子，但結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的應(yīng)用范圍很廣:飛機(jī)機(jī)翼、衛(wèi)星、汽車零部件、體育用品，應(yīng)有盡有。

該研究詳細(xì)闡述了新型自修復(fù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的工作原理。

層壓復(fù)合材料是由纖維增強(qiáng)層組成，例如由玻璃纖維、碳纖維等。通常情況下，當(dāng)將這些纖維層粘合在一起的所謂樹脂膠層開始從增強(qiáng)層剝落或脫落時(shí)，就會(huì)發(fā)生損傷。

該研究小組通過在增強(qiáng)材料上3D打印熱塑性愈合劑的圖案來解決這個(gè)問題。此外，科學(xué)家們在復(fù)合材料中插入了薄的“加熱器”層。

在施加電流時(shí)，加熱器層趨于升溫。這會(huì)融化愈合劑，流入復(fù)合材料內(nèi)部的任何裂縫或微裂縫中，然后對其進(jìn)行修復(fù)。

我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)過程可以重復(fù)至少100次，同時(shí)保持自修復(fù)的有效性。我們不知道上限是多少，如果有的話。

此外，打印的熱塑性塑料提高了高達(dá)500%的固有抗斷裂能力。這意味著它最初需要更多的能量來產(chǎn)生分層。此外，加熱器層和愈合劑都是由現(xiàn)成的材料制成的，相對便宜。

該研究團(tuán)隊(duì)人員表示，雖然制造結(jié)合我們設(shè)計(jì)的復(fù)合材料會(huì)稍微貴一點(diǎn)，但通過顯著延長材料的壽命，昂貴成本將會(huì)抵消。

新技術(shù)還有另一個(gè)優(yōu)勢。如果將這種內(nèi)部加熱元件集成到飛機(jī)機(jī)翼中，航空公司就可以在飛機(jī)停留在地面時(shí)停止使用化學(xué)劑來清除機(jī)翼上的冰，也可以在飛行中除冰。

研究人員稱已經(jīng)證明了這種多功能技術(shù)是可行的。研究團(tuán)隊(duì)正在尋找政府和行業(yè)合作伙伴，幫助我們定制這些基于聚合物的復(fù)合材料，以用于特定的應(yīng)用。