受人類骨骼啟發(fā) 科學(xué)家開發(fā)的新型材料可隨著振動而變得更加堅固
魔猴君 行業(yè)資訊 1412天前
據(jù)外媒New Atlas報道，無論是支撐公寓樓的結(jié)構(gòu)梁，還是支撐學(xué)校科學(xué)項目的一塊蘇格蘭膠帶，我們都習(xí)慣于材料隨著時間的推移而變?nèi)酰ゼ痈绱髮W(xué)的一項新發(fā)明可能會改變這一情況。工程師們從我們的骨骼在一生中適應(yīng)其質(zhì)量和強度以支持不同負(fù)載的方式中獲得靈感，開發(fā)了一種新型凝膠，實際上可以隨著時間的推移而加強振動和壓力。
“其他每一種材料在振動時都會變得更弱，”領(lǐng)導(dǎo)研究團隊的Aaron Esser-Kahn說。“這是我們第一次逆轉(zhuǎn)了這一過程，表明一種材料可以通過機械振動來加強自身。”
雖然人類骨骼的適應(yīng)性為Esser-Kahn和他的團隊提供了部分靈感，但另一部分靈感來自于所謂的壓電效應(yīng)。這指的是能夠接受機械應(yīng)力和振動并將這種運動轉(zhuǎn)化為電荷的設(shè)備和材料。我們已經(jīng)看到這種技術(shù)如何被整合到鞋子、道路和筆記本電腦鍵盤中，但加州大學(xué)的團隊將這種特殊的應(yīng)用描述為第一種。
研究人員一開始的想法是，或許可以利用通過壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷來觸發(fā)材料內(nèi)部的反應(yīng)，從而提升材料的強度。于是他們開始用不同的化學(xué)成分進行實驗，努力生產(chǎn)出具有正確特性的凝膠。在經(jīng)過幾十種混合物的努力后，該團隊最終找到了一個“贏家”：由一種聚合物凝膠與所謂的硫醇烯反應(yīng)物和氧化鋅壓電顆粒的混合物組成。
這種材料可以通過振動進行強化，原因是顆粒可以傳遞能量并引發(fā)硫醇烯反應(yīng)，從而達(dá)到在材料中產(chǎn)生新交聯(lián)的效果。在測試中，研究小組將這種柔軟的凝膠變成了一種剛度接近骨骼內(nèi)部的材料，僅僅通過使其受到振動，其自身強度就達(dá)到了66倍。有趣的是，該材料在受到最大壓力的地方加強了更多。
“就像骨骼一樣，材料的強化程度與我們投入的力量完全一致。”Esser-Kahn說。
該團隊認(rèn)為這種類型的材料有很多可能性，包括隨著時間推移而變得更加堅固的建筑物，或者更有效地與身體整合的醫(yī)療植入物。一個真正有希望的領(lǐng)域是粘合劑，例如航空航天工程中用于將不同材料融合在一起的粘合劑。
“粘合劑可能會受到巨大的影響，”Esser-Kahn說。“粘合劑幾乎總是材料的故障點。這可能會導(dǎo)致專門的粘合劑，其粘性和凝固性更好。”
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