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科研人員以蜻蜓翅膀?yàn)殪`感打造出堅(jiān)硬而強(qiáng)韌的可修復(fù)材料

來源:中國科學(xué)報(bào)

日前,南京理工大學(xué)教授傅佳駿和四川大學(xué)教授傅強(qiáng)、副研究員吳凱合作報(bào)道了一種以蜻蜓翅膀?yàn)殪`感打造的堅(jiān)硬而強(qiáng)韌的可修復(fù)材料。相關(guān)論文日刊登于《物質(zhì)》。

年來,研究人員專注于開發(fā)具有高強(qiáng)度、高模量的可修復(fù)材料,這類材料在智能建筑、航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。然而,目前報(bào)道的基于超分子相互作用的剛可修復(fù)材料都表現(xiàn)出脆斷裂的特征。

蜻蜓翅膀具有從微納尺度到宏觀尺度的獨(dú)特分級(jí)結(jié)構(gòu),這種分級(jí)結(jié)構(gòu)完美地賦予了其卓越的力學(xué)能。例如,蜻蜓翅膀中剛的翅脈能夠抵抗機(jī)械變形,從而給翅膀提供所需的強(qiáng)度和剛度,而嵌入翅脈中的翅膜則能夠有效分散外界作用力,所以翅膜和翅脈組合而成的連通型混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有協(xié)同增強(qiáng)作用。研究證實(shí),蜻蜓的翅膀是輕量化的,其比強(qiáng)度和比剛度高于商用航空鋁合金。同時(shí),由于蜻蜓翅膀具有高度規(guī)則的分級(jí)結(jié)構(gòu)和特殊的止裂效果,還具有優(yōu)異的韌、承載能力和抗疲勞能力,這也給翅膀提供了保護(hù)作用,防止空氣摩擦造成蜻蜓翅膀折斷。

研究人員通過定構(gòu)加工的思路,在硬而脆的可修復(fù)聚合物基體中植入三維互聯(lián)的仿蜻蜓翅膀微結(jié)構(gòu)骨架,解決了剛可修復(fù)材料脆斷裂的問題。與初始材料相比,制備的仿生復(fù)合材料的綜合力學(xué)能有了顯著提升,其剛度提高了3.8倍,強(qiáng)度提高了25倍,應(yīng)變提高了7.9倍,斷裂韌則提高了54.3倍。

此外,制備的仿生復(fù)合材料還具有快速的光控可修復(fù)能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定以及良好的電磁屏蔽能力,是一種多功能集成的堅(jiān)韌復(fù)合材料。

標(biāo)簽: 蜻蜓翅膀 堅(jiān)硬 強(qiáng)韌 可修復(fù) 材料

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