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 據(jù)悉，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種能產(chǎn)生超細(xì)纖維的工藝，其直徑以納米或十億分之一米的單位測量，而且這些纖維非常堅固和堅硬。價格低廉，易于生產(chǎn)，可以作為許多應(yīng)用的選擇材料，如防護(hù)裝甲和納米復(fù)合材料。

麻省理工學(xué)院化學(xué)工程教授GregoryRutger和PostdocJayPark博士在一篇論文中描述了一種稱為凝膠靜電紡絲的新工藝。該文件將在線顯示，并將發(fā)布在二月版的Materials Science雜志上。

在材料科學(xué)中，Rutledge解釋說：“有很多的平衡。研究人員通常可以提高材料的一個特性，但同時會有其他特性的下降。強(qiáng)度和韌性就是這樣的一對性質(zhì)：通常當(dāng)你獲得高強(qiáng)度時，你會失去材料的一部分韌性。材料變得更脆，因此失去了吸收能量的機(jī)制，它就會斷裂。”但是，在新工藝生產(chǎn)的纖維中，許多這些權(quán)衡都被消除了。

Rutledge說：“如果你得到一種同時具有高強(qiáng)度和高韌性的材料，這將是一件了不起的大事。”新工藝生產(chǎn)纖維過程就是這樣的，它使用了一種傳統(tǒng)方法的變體，稱為gel sp。但是增加了電能。結(jié)果是聚乙烯超細(xì)纖維產(chǎn)品性能趕上甚至超過一些最強(qiáng)的纖維材料的性能，如Kevlar和Dyneema，應(yīng)用于防彈衣。

Rutledg說：“我們一開始就有一個任務(wù)在不同的尺寸范圍內(nèi)，使纖維，即低于百萬分之一米，因為這樣會出現(xiàn)許多有趣的特性”。我們已經(jīng)研究了這種超細(xì)纖維多年，有時稱為納米纖維。但是，在高性能光纖范圍內(nèi)，沒有什么“高性能纖維。”包括芳基化合物，如Kevlar，和凝膠紡絲聚乙烯，如Dyneema和譜，也被用于極端用途的繩索，并作為增強(qiáng)纖維用在一些高性能的復(fù)合材料。

拉特利奇說：“多年來，在這個領(lǐng)域并沒有出現(xiàn)很多新的情況，因為在機(jī)械領(lǐng)域，它們的纖維性能非常好。”但是他說這種新材料與其他相比，真正區(qū)別于它們的是我們所稱的比模量和比強(qiáng)度，這意味著，在每重量的基礎(chǔ)上，它們的表現(xiàn)幾乎超過了一切。”模數(shù)指的是纖維有多硬，或有多少抗拉伸強(qiáng)度。

用于產(chǎn)生纖維的裝置的示意圖顯示一個加熱的注射器（左）通過溶液擠壓，以及一個腔室（右），在那里，鏈?zhǔn)艿诫妶龅挠绊憽?把它們紡成有史以來性能最好的聚乙烯纖維。來源：麻省理工學(xué)院

與廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料中的碳纖維和陶瓷纖維相比，新型靜電紡聚乙烯纖維強(qiáng)度相近，但強(qiáng)度更高。Ower密度。羅特魯奇說，這意味著，一英磅，它們比標(biāo)準(zhǔn)的材料高出很多。

羅特魯奇說：“在創(chuàng)建這種超細(xì)材料時，研究小組的目標(biāo)是與現(xiàn)有的微纖維的特性相匹配，“因此，這表明對我們來說，這將是一個很好的成果。”他說在FA中 CT，結(jié)果顯示材料在重要的方面更好。雖然測試材料的模數(shù)不如現(xiàn)有的最佳纖維，但它們相當(dāng)接近，足以具有競爭力。”他補(bǔ)充道，最重要的是，強(qiáng)度優(yōu)于商業(yè)材料兩倍和可比的研究的最佳材料。和他們的韌性是一個等級規(guī)模更好。

Rutledge說：“研究人員仍在調(diào)查造成這種令人印象深刻現(xiàn)象的原因。隨著纖維尺寸的減少，這就像是我們收到禮物一樣。這是我們始料不及的。

他解釋說：“大多數(shù)塑料都很堅硬，但它們并不像我們現(xiàn)在所得到的那樣堅硬。”玻璃纖維是硬的，但不是很強(qiáng)，而鋼絲是堅固的，但不是很硬。新的凝膠靜電紡纖維似乎將強(qiáng)度、剛度和韌性等理想的品質(zhì)結(jié)合在一起，但它們的比例很少。

使用凝膠靜電紡絲法與傳統(tǒng)的方法非常相似。“凝膠紡絲法”在為我們所帶來的材料的過程，但因為我們用的是電力，使用單級工藝而不是傳統(tǒng)工藝的多個階段，“我們得到了更多的高度拉伸纖維”，直徑為幾百納米。典型的15微米，他說，研究人員的過程結(jié)合了聚合物凝膠作為起始材料，如凝膠紡絲纖維，但使用的是電力而不是機(jī)械牽引。將纖維拉出；帶電纖維誘導(dǎo)產(chǎn)生其超細(xì)尺寸的“攪打”不穩(wěn)定性過程。而那些狹窄的尺寸，它變成了獨(dú)特的特性。

這些結(jié)果可能會導(dǎo)致像現(xiàn)有的那樣堅固的保護(hù)材料，但不那么笨重，使它們更實(shí)際。而且，拉特利奇說：“他們可能應(yīng)用我們還沒有想到的問題現(xiàn)在還沒有，因為我們剛剛知道他們有這種程度的堅韌特性。”