“剛柔並濟”混合材料,金屬強度和橡膠彈性都想要


鈦客腦樂劑 - “剛柔並濟”混合材料,金屬強度和橡膠彈性都想要

金屬很堅固,但不能拉得很長;橡膠纖維有彈性,但它們一受力就形變,這看似是一個魚與熊掌不可兼得的例子。最近,科學家們已將這兩種材料的特性合併為一種混合纖維。它可用於軟體機器人,包裝材料或高科技紡織品等應用領域。

這種新型混合纖維由北卡羅來納州立大學的一個團隊開發,是一種由SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)彈性聚合物護套包裹的金屬鎵絲(為什麼是鎵,後面貓哥會說到)。當受到機械拉力時,纖維最初具有金屬芯的強度,維持整體形狀不變。一旦金屬芯到達強度極限發生斷裂,外部的聚合物將開始進行形變拉伸,保持纖維整體不會斷掉。

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“每次金屬芯斷裂都會消耗一部分能量,斷裂處的聚合物纖維的彈性就得到釋放,纖維在伸長時將繼續吸收能量,”首席科學家 Michael Dickey 教授說。“在極限拉伸時,它可以伸展到原來的長度的七倍,而在整個過程中會導致內部金屬的多次斷裂。”

除了拉伸特性之外這種混合纖維還有一些額外的能力。在發生斷裂之前,金屬芯能夠導電。一旦金屬絲被拉斷,導電性就消失了,所以它可以作為一種拉力響應的開關。

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貓哥一度認為這種材料是一次性的,拉一次斷一次,這麼昂貴的高技術材料居然是一個易耗品?必須不是!因為內部鎵金屬芯的熔點只有29.8℃,稍微的加熱(比如靠近人體),它就能融化,變成流體之後就能跟隨外部聚合物的形變,使得內部金屬芯從斷開狀態又變回連續狀態。此時整個材料的導電性又恢復了!

最終外界拉力消失的時候,聚合物結束形變,帶著內部的液態金屬恢復原本的形狀,溫度降低之後,金屬重新凝固成固態,混合纖維完全恢復初始狀態。

“以往的材料只有兩種狀態可以選擇,一種是拉不動,但是一旦拉動就斷裂;另一種是不會斷裂,但輕易的就被拉動了。”迪基說。“而我們的纖維具有兩全其美的優勢。”

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不知道大家有沒有聽說過,其實在材料領域,還有更完美的方法來替代,那就是被稱為“超級纖維”的碳納米管!它擁有著與金剛石相當的硬度,但又具備良好的柔韌性和彈性。但是目前在宏觀尺寸碳納米管的製備上,國際上尚沒有十分成熟的方法。僅有中國清華大學的張如範教授實現了半米級長度的“完美”超長碳納米管的可控制備,讀到這裡大家大可以起立鼓掌自豪一番。

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-02/ncsu-rea022119.php

http://advances.sciencemag.org/content/5/2/eaat4600


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