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纳米缝纫让复合材料坚硬十倍——新技术有望解决层间断裂,可使飞机部件及其他机械变得坚不可摧
2009-03-16  来源:中国聚合物网
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碳纳米管能够加固复合材料。
(图片提供:Brian L. Wardle/MIT)

    科学时报报道 你如何让在飞机中使用的本已很耐用的复合材料变得更加结实?答案是加入一点点碳。研究人员发现,在复合材料的碳素纤维中添加更多的碳——通常是极细微的碳纳米管,能够充分增加它们的刚性。这项技术一旦商业化,无疑将使飞机的关键部件和其他机械变得几近坚不可摧。
    谈到材料的强度和硬度,碳是绝对的王者。在这种元素的晶形中(最为人们所熟知的便是金刚石),周期表上的原子序数6使得碳能够抵抗足以粉碎铁和钛的压力。在将其制造成比人的一根头发还要细的纤维后,这种碳素纤维甚至比最高强度的钢还要结实。
    但是当提到制造一些更为刚硬的结构时,例如飞机部件,碳素纤维便有一个缺点。工程师必须在这些结构中同时加入碳素纤维和环氧树脂,而这种树脂则会在碾轧过程中变得很脆弱。一旦遭受重压,这些夹层便会破裂,这种情况被称为层间断裂,它会对飞行中的飞机造成致命的破坏。
    据美国《科学》杂志在线新闻报道,如今,一个来自美国剑桥市麻省理工学院(MIT)的研究小组终于找到了一种有效而简单的改进技术。研究人员在碳素纤维中研制出了一种化学方法——将这些纤维加热至750摄氏度,从而使其生成由碳纳米管构成的“触须”。之后,他们再将这些短而粗的“触须”织入之前已经加注环氧树脂的构造当中。最终,碳纳米管将这些夹层紧紧地缝合在一起,从而产生了类似于维可牢(编者注:维可牢实际上是两条尼龙带,其中一条涂有涂层,上有类似芒刺的小钩,另外一条的上面则是数千个小环,钩与环能够牢牢地粘在一起)的效果。
     研究人员报告说,与现有的材料相比,新的复合材料的强度是过去的10倍。研究人员在即将出版的《复合材料杂志》上报告了这一研究成果。
    主持这一研究的宇宙航空工程师Brian Wardle表示,他期待进一步的改进能够增加新材料的强度。由于这一技术具有极大的优势,研究小组的专家计划在今年晚些时候成立一家公司,以便开发这种新材料的商业价值。
    英国南安普敦大学的材料工程师S. Mark Spearing指出:“这项工作具有重要的意义。”Spearing说,自从层合复合材料在上世纪60年代末期问世以来,其所存在的层间断裂隐患一直为人们广泛关注。如今,与其他方法相比,新的纳米“缝纫”技术将成为强化这种材料从而避免意外损伤的有效方法。
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