【據(jù)今日材料網(wǎng)站2019年2月27日報道】來自美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究團隊發(fā)表在最新一期《科學(xué)進展》期刊中的一項研究表明，一種利用金屬鎵創(chuàng)造的新型金屬復(fù)合材料可以兼具金屬的強度和類似橡膠的彈性，并已經(jīng)對其進行了概念驗證。利用這種方法得到的具有韌性的新材料可用于軟體機器人、封包材料及下一代的織物材料中。
來自美國北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系的邁克爾·迪奇(Michael Dickey)教授和他的同事創(chuàng)造了一種由金屬鎵作為內(nèi)芯，外部包覆彈性聚合物保護套的新型纖維。在張力的作用下，纖維展現(xiàn)出了使用金屬作為內(nèi)芯后所能實現(xiàn)的高強度。然而，當金屬內(nèi)芯最終在應(yīng)力的作用下斷裂時，纖維整體上并不會崩斷。聚合物保護套可以吸收金屬斷裂產(chǎn)生的部分應(yīng)力，并將其傳回到金屬內(nèi)芯上。這就類似人體組織在不斷裂的情況下，將斷裂的骨頭固定在一起。
“每當金屬內(nèi)芯斷裂時都會釋放能量，這使得纖維在伸長的過程中依然會持續(xù)吸收能量。”迪奇解釋說。“當纖維被拉伸時，它可以在纖維最終斷裂失效前足足延長到原本長度的7倍，而不會立刻斷裂成兩截。不過在延長的同時，纖維內(nèi)部會產(chǎn)生許多額外的斷裂。所以，如果利用這種纖維承受重載荷時，纖維并不會直接繃斷，他會隨著應(yīng)變的積累，繼續(xù)支撐重物，這樣的特性使得這種纖維可工程或其他應(yīng)用領(lǐng)域中維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、大大延遲結(jié)構(gòu)失效等方面有著非常良好的應(yīng)用前景。
“從另一個角度來看，當一個重物落到這種纖維上時，纖維不會立刻折斷失效。相反，通過內(nèi)部金屬芯的不斷斷裂反復(fù)釋放能量，纖維可以緩慢而穩(wěn)定地降低吸收重物掉落帶來了沖擊。”迪奇補充道。這種復(fù)合材料系統(tǒng)比單一的金屬內(nèi)芯或聚合物保護套要耐用的得多。“人們一直對可以模擬皮膚韌性的工程材料很感興趣——我們開發(fā)的這種纖維，它有超過皮膚的韌性，但卻仍然像皮膚一樣有彈性，”他補充道。
這種纖維的另一個優(yōu)點是金屬鎵是導(dǎo)電的，但是當金屬內(nèi)芯發(fā)生斷裂后，導(dǎo)電性將明顯喪失，因此這種纖維不僅可以延緩結(jié)構(gòu)失效，而且還可以被設(shè)計成故障預(yù)警系統(tǒng)的內(nèi)置性導(dǎo)線。研究團隊還表示，通過將斷裂的金屬內(nèi)芯融化后重新接成一體，纖維可以實現(xiàn)重復(fù)使用。
研究團隊表示，目前使用金屬鎵完成概念驗證工作，但實際上纖維的可以通過調(diào)整芯材和包覆的聚合物材料改變其力學(xué)性能，例如實現(xiàn)在更高溫度下保持纖維良好的力學(xué)性能等。
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