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模仿静脉自愈的塑料

模仿静脉自愈的塑料

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研究人员发明了一种具有自我修复机制的塑料,有望能自动配送修补液以修补航天器的裂缝。这种材料可以自行修补最大直径1厘米的破洞,修补好后能恢复大部分原有的强度。
自愈性高分子材料——典型的例子是塑料——并不新鲜,但它们以往只能恢复最多几毫米的破损。
伊利诺伊大学香槟分校的材料科学家温蒂·桑塔·克鲁兹和她的同事依靠化学工程学和机械工程学,发明了一种能自我修复潜在的灾难性破损的合成材料——比如弹道冲击或者难以接触到的地方的破损,他们的成果发表在5月的《科学》杂志上。
他们制备出两种液态成分,当它们分开放置时都是化学惰性的。当把它们混合在一起时,会触发两个反应——第一个使混合物变成一种胶体,第二个逐渐使胶体固化成坚硬的塑料。
对他们来说,挑战就在于要找到一种方法,能在不同的时间里,让两种液体在一个单一系统中混合,使两个反应发生。
他们突破的灵感来源于身体的动脉和静脉网络。他们采用了带有细微孔道的普通塑料——在塑料处于液态时加入纤维,当塑料固化后再将纤维除去,就得到有细微孔道的塑料。然后他们在每条“微隧道”中填充两种液体中的一种,使得塑料就像拥有血管系统的身体一样。
之后,研究人员对这种新型塑料进行了冲击试验。让塑料受到冲击,产生一个破洞和许多裂纹,以测试它的自愈能力。冲击使微隧道破裂,里面的液体流出,混合,然后固化。
随着越来越多的液体流出微隧道,形成的胶体最终覆盖了整个破损区域,一个直径约1厘米的洞在20分钟内被填补好,大约3小时后,胶体固化成为坚硬的塑料。研究人员正在开发能更加快速地自愈的系统。
这种技术潜在的应用领域十分广泛,从航天工程到外科移植手术都能使用。我们可以预期能使面积大的破损自愈的材料出现,这在以前是无法想象的。
不过,在实际生活中的材料破损的情况可能比试验时的情况更复杂,所以自愈机制还需要依赖于多项技术的结合。
来源:nature




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