萊斯大學(xué)研制出看似柔弱,實(shí)則堅(jiān)不可摧的新型復(fù)合材料

巫盼 8年前 (2017-07-11)

該材料具有較高的能量吸收和耗散特性,可以用于制造高能吸收材料或是仿生結(jié)構(gòu),如人造椎間盤。

在自然界里,常常存在看著柔軟卻無比堅(jiān)硬的物質(zhì),如深海潛水的海洋魚類和哺乳動物,它們的外皮包著無數(shù)微小柔軟并且充滿著油的腔室,而正是這些腔室?guī)椭鷦游锍惺芎Q髷?shù)千尺的水壓。受此啟發(fā),近日,萊斯大學(xué)(RICE)納米材料實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)也研制出了具有同樣屬性的硅膠-鎵復(fù)合材料,并表示未來將應(yīng)用該材料的機(jī)械屬性。

萊斯大學(xué)研制出看似柔弱,實(shí)則堅(jiān)不可摧的新型復(fù)合材料

據(jù)悉,研究人員是在納米層級研究的,他們首先挑選聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為軟包封層,接著用其來封裝鎵液,以完成此材料的制作。

材料的合成過程看似簡單,實(shí)際上卻花費(fèi)了研究人員很長一段時(shí)間。對此,博士后研究員Tiwary坦言道:“與用基本物質(zhì)材料來搭建一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的模型相比,用復(fù)合材料來模仿自然生物的特性實(shí)在是一項(xiàng)十分艱難的任務(wù)。”

關(guān)于鎵的選擇,Tiwary表示,鎵在室溫下是液體,雖然汞也具有類似的特性,但是不同于汞,鎵是無毒的,相對容易使用。研究中將其放入固體中常常會使固體變得更柔軟,但此處正是由于與所選擇的軟包裝層的復(fù)合,得到了不一樣的效果,復(fù)合后的材料變得堅(jiān)硬。

萊斯大學(xué)研制出看似柔弱,實(shí)則堅(jiān)不可摧的新型復(fù)合材料

而選擇聚二甲基硅氧烷作為軟包封層的材料,恰是因?yàn)樗畠r(jià)、無毒并且具有惰性,即性質(zhì)穩(wěn)定。生活中它常常作為化妝品、食品添加劑和密封劑的成分。值得注意的是,當(dāng)它變干時(shí),我們很容易透過它看見封裝的內(nèi)部液體氣泡。

目前,經(jīng)確定,該材料具有較高的能量吸收和耗散特性,可以用于制造高能吸收材料或是仿生結(jié)構(gòu),如人造椎間盤。

但研究人員表示,他們不會止步于此。對于該材料,他們將把它交給印度科學(xué)研究所的合作者Roy Mahapatra和Shashishekarayya Hiremath。未來,該印度團(tuán)隊(duì)將利用有限元建模和流體動力學(xué)來分析該材料在機(jī)械應(yīng)力下的行為表現(xiàn),以探索其在生活中的更多應(yīng)用。

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