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能夠自我修復(fù)的聚合材料—比較典型的是塑料—并不是什么新東西。但是美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校材料學(xué)家Windy Santa Cruz指出，迄今為止，這種材料只能夠修復(fù)非常微小的缺口—最多不超過幾毫米。在這項(xiàng)新的研究中，Santa Cruz和她的同事將化學(xué)與機(jī)械工程學(xué)研究結(jié)合起來。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于瞄準(zhǔn)了能夠在潛在的災(zāi)難性損傷—例如很難接近的彈道沖擊損傷或裂紋—之后修復(fù)自身的合成材料。
研究人員在5月9日出版的美國《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。
研究人員研制了兩種當(dāng)分開存放時(shí)不起化學(xué)反應(yīng)的液體。然而將這兩種液體混合后會(huì)引發(fā)兩個(gè)反應(yīng)—第一個(gè)反應(yīng)能夠把混合物變成凝膠，第二個(gè)反應(yīng)則逐漸將其凝固成硬塑料。
研究人員面臨的挑戰(zhàn)是需要找到一種方法來合并這兩種液體，使兩個(gè)反應(yīng)在一個(gè)單一的系統(tǒng)里發(fā)生，并且是在不同的時(shí)間。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員從身體的靜脈和動(dòng)脈網(wǎng)絡(luò)中獲得了靈感。他們首先使用了包含有微小通道的普通塑料。這種材料是在塑料呈液態(tài)時(shí)加入纖維，之后在其凝固后除去纖維所制成的。研究人員隨后在每一個(gè)“微通道”中注滿了其中一種液體。該研究合作者、伊利諾伊大學(xué)化學(xué)家JeffreyMoore表示：“你可以把這些微通道看作是一個(gè)脈管系統(tǒng)，就像血管那樣。”
接下來，研究人員對(duì)塑料進(jìn)行了受控沖撞，旨在形成一個(gè)孔洞和無數(shù)的裂縫，從而測(cè)試其自我修復(fù)能力。這一過程導(dǎo)致微通道破裂，進(jìn)而使液體流出、混合并最終固化。
Moore指出：“隨著越來越多的液體被泵入微通道，凝膠最終跨越了整個(gè)受損的區(qū)域，并完全填充了空隙的空間。”
在這一過程中，注滿一個(gè)直徑約為1公分的孔洞需要20分鐘，而這種凝膠大約需要3個(gè)小時(shí)便可以凝固為堅(jiān)硬的塑料。研究人員如今正在致力于使這套系統(tǒng)能夠以更快的速度自我修復(fù)。
