|
受極強蜘蛛絲的啟發，NTNU 的研究人員開發了一種新材料，可以克服以前在韌性和剛度之間進行權衡的問題。
該材料是一種稱為彈性體的聚合物，因為它具有類似橡膠的彈性。新開發的彈性體具有在一個重復單元中具有八個氫鍵的分子，正是這些鍵有助于均勻分布施加在材料上的應力并使其如此耐用。
八個氫鍵是非凡機械性能的起源,NTNU 結構工程系力學與材料教授張志良說。該材料由 NTNU NanoLab 開發，部分由挪威研究委員會資助。
堅硬且堅韌的物質
引入比平常更多的氫鍵的想法來自大自然。蜘蛛絲含有相同的結構，在攻讀博士學位期間開發了這種新材料的卓一志說,我們知道它會產生非常特殊的特性。
科學家此前曾指出，蜘蛛絲——特別是提供蜘蛛網輻條和外緣的拉索絲——異常堅硬和堅韌。
剛度和韌性在工程中是不同的特性，并且通常是對立的。堅硬的材料在變形之前可以承受很大的壓力，而堅韌的材料在斷裂之前可以吸收大量的能量。例如，玻璃堅硬但不堅韌。
更強韌
到目前為止，在合成彈性體中復制蜘蛛絲的雙重剛度和韌性是不可能的。對于商業材料，如果你想要更高的剛度，你的韌性就會更低。這是一種權衡。你不能兩者兼得，張說。
該團隊的新型彈性體具有不同的硬域和軟域。在設計和制造之后，該團隊使用原子力顯微鏡（分辨率為幾分之一納米）來觀察材料的底層結構，并觀察硬區和軟區之間的界面。
他們發現，除了分布應力的八個氫鍵之外，硬域和軟域之間的剛度不匹配有助于通過鼓勵任何裂縫分支而不是沿著直線路徑繼續進一步耗散能量。如果你有鋸齒形，你會產生一個大的斷裂面并耗散更多的能量，所以你有更高的韌性，張說。
柔性電子的未來？
除了其機械性能外，該材料還具有光學透明性，研究表明它甚至可以在高于 80°C 的溫度下自我修復。如果可以擴大生產規模，這種新材料有朝一日可以用于柔性電子產品——尤其是更容易損壞和破損的可穿戴設備。
張和他的同事在 3 月份為他們的材料申請了專利，但他們繼續致力于為它引入其他理想的特性。他們材料中的軟域由一種稱為 PDMS 的硅基聚合物組成，但研究人員懷疑他們可以通過用其他物質進行試驗來進一步提高機械性能。
他們還希望擴展材料的特性，包括防冰,在低溫下阻止冰粘在上面和防污,防止貽貝和藻類等水生生物附著在上面,所以它可以在極端條件下使用，例如作為北極。這種材料是一個很好的起點，但我們想添加一些其他功能，張說。
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_496118.html
來源：賢集網
著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權，非商業轉載請注明出處。 |
魯公網安備 37010202001033號