新兴铸管股份有限公司
Xinxing Ductile Iron Pipes Co.
国家材料腐蚀与防护科学数据中心分中心-智慧铸管-耐蚀钢铁材料数据中心
National Materials Corrosion and Protection Data Center
Intelligent Ductile Iron Pipe-Corrosion Resistant Steels Data Center
中文 | Eng 管理后台 数据审核 登录 反馈
神奇的自修复材料及其应用案例
2017-03-29 18:24:56 作者:本网整理 来源:网络

  我们知道,智能材料是一种能够模仿生命系统、感知环境变化,并实时改变自身一种或多种性能参数,做出所希望的、能与变化后的环境相适应的复合材料。而在智能材料的实际应用中,必须具备的一个重要功能就是自修复。自修复材料在无外界作用条件下,材料本身就能对内部缺陷进行自我恢复。

 

  材料在使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹,并由此引发宏观裂缝而发生断裂,影响材料正常使用和缩短使用寿命。裂纹的早期修复,特别是自修复是一个现实而重要的问题。自修复的核心是能量补给和物质补给、模仿生物体损伤愈合的原理,使复合材料对内部或者外部损伤能够进行自修复自愈合,从而消除隐患、增强材料的强度和延长使用寿命。


  自修复材料按机理可分为两大类:一类主要是通过加热等方式向体系提供能量,使其发生结晶、在表面形成膜或产生交联等作用实现修复;另一类主要是通过在材料内部分散或复合一些功能性物质来实现的,这些功能性物质主要是装有化学物质的纤维或胶囊。以下试举几例,以对自修复材料管窥蠡测:


  第一个例子是混凝土自修复材料。有研究者以水泥为基体,加钢丝短纤维组成复合材料,同时嵌入玻璃空心纤维,其内注入缩醛高分子溶液,分层浇注,固化后浇水养护制得成品。使用过程中,当基体出现裂纹时,就会有部分纤维管破裂,修复剂流出,经一段时间后,裂口处可形成重新粘合。


3

 

  第二个例子是金属磨损自修复材料。金属磨损自修复材料是一种由羟基硅酸镁等多种矿物成分、添加剂和催化剂等构成的复杂组分超细粉体组合材料,它的常用组分的粒度为0.1-10mm,可以添加到各种类型的润滑油或润滑脂中使用。以润滑油或脂作为载体,将修复材料的超细粉粒送入摩擦副的工作面上。它不与油品发生化学反应,不改变油的粘度和性质,也无毒副作用。这种自修复材料的保护层不仅能够补偿间隙,使零件恢复原始形状,而且还可以优化配合间隙。因此,有利于降低摩擦振动,减少噪声,节约能源,实现对零件摩擦表面几何形状的修复和配合间隙的优化。


5

 

  第三个例子是在最近,美国和日本的研究人员合作,共同开发出一种聚合物,经紫外线照射,不仅能多次自我修复,还可让完全分离的碎片重新长在一起。其原理是原子之间能反复地形成共价键,使修复后的材料既强韧又稳定。这种新型聚合物材料是由三硫代碳酸盐交叉连接而成。碳原子和三个硫原子结合在一起,其中的两个硫原子的第二个键位又跟其他碳原子结合,这样形成的整体结构就具有了特殊的性质:在紫外光照射下能够重组。光照会使三硫代碳酸盐中的一个碳-硫键断裂,生成两个根(拥有一个不成对的自由电子的分子)。这种根非常活泼,很容易跟其他的三硫代碳酸盐发生反应形成新的碳-硫键,打破其他分子键同时又产生更多更自由的根。这种链式反应会一直进行,直到两个根再次互相反应才停止。实验中,研究人员将聚合材料浸入液体内,或切成大块儿,反应都能顺利进行。将切开的边缘紧密地压在一起,用紫外线照射,边缘处会通过根的重组而长在一起。即使切成小碎片,只要把碎片压在一起进行照射,也能融合成一片完整的材料。


6

 

  最后一个例子是关于自修复材料向智能材料的迈进:最近,美国研究人员研制出一种新材料,不仅能感知组织材料中的损伤,比如纤维增强复合材料中的断裂,而且能修复它。他们的研究旨在开发“自适应结构”,模拟生物系统的能力,用“形状-记忆”高分子材料,并结合嵌入式光导纤维网络,研制出了一种新奇的自修复材料。该材料具备损伤探测传感和热刺激传递系统的功能。通过模拟人类骨骼的高等感知能力和增强修复功能,一束红外激光经光导纤维系统传播使材料局部变热,即可激发增强与修复机制。该材料系统可将样本的强韧度提高11倍。增强样本一旦发生断裂,能通过形状记忆自动愈合,强韧度能恢复到原来的96%,这是前所未有的程度。


7

 

  可见,随着研究的不断深入,具有自感知自修复功能的智能材料会越来越多。其实,对于自修复材料,我们欣赏它神奇的自修复功能,以及保持材料在受破坏后能正常使用的同时,我们也不要忽略了自修复材料的另一个贡献:由于自修复材料在自身产生破坏时能够自我修复,从而提高了材料的利用率,使材料的使用寿命延长,这难倒不也是一种节约资源的贡献吗?

 

8

 

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态,我们网站会不断更新。希望大家一直关注国家材料腐蚀与防护科学数据中心http://www.ecorr.org

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。

关于国家科技资源服务平台

国家科技基础条件平台中心是科技部直属事业单位,致力于推动科技资源优化配置,实现开放共享,其主要职责是:承担国家科技基础条件平台建设项目的过程管理和基础性工作;承担国家科技基础条件平台建设发展战略、规范标准、管理方式、运行状况和问题的研究,以及国际合作与宣传、培训等工作;承担科技基础条件门户系统的建设与运行管理工作;参与对在建和已建国家科技基础条件平台项目的考核评估和运行监督工作。

国家科技资源服务平台相关网站


国家材料腐蚀与防护科学数据中心

国家高能物理科学数据中心

国家基因组科学数据中心

国家微生物科学数据中心

国家空间科学数据中心

国家天文科学数据中心

国家对地观测科学数据中心

国家极地科学数据中心

国家青藏高原科学数据中心

国家生态科学数据中心

国家冰川冻土沙漠科学数据中心

国家计量科学数据中心

国家地球系统科学数据中心

国家人口健康科学数据中心

国家基础学科公共科学数据中心

国家农业科学数据中心

国家林业和草原科学数据中心

国家气象科学数据中心

国家地震科学数据中心

国家海洋科学数据中心