美國(guó)麻省理工學(xué)院工程師證明，他們使用新開發(fā)的納米縫合方法可防止復(fù)合材料層之間的裂紋擴(kuò)展。通過在復(fù)合材料層之間沉積化學(xué)生長(zhǎng)的“碳納米管森林”，微小而密集的纖維將各層緊緊地固定在一起，就像超強(qiáng)的尼龍搭扣一樣，防止各層剝落或剪斷。相關(guān)研究日前發(fā)表在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)網(wǎng)站上。
為了節(jié)省燃料并減少飛機(jī)排放，研究人員正在尋求用先進(jìn)復(fù)合材料制造更輕、更強(qiáng)的飛機(jī)。這些復(fù)合材料由嵌入聚合物片材中的高性能纖維制成，片材可堆疊壓制成一種多層材料，并制成極其輕質(zhì)且耐用的結(jié)構(gòu)。
但復(fù)合材料有一個(gè)弱點(diǎn)：層與層之間的空間，通常需填充聚合物“膠水”，以將各層黏合在一起。如果發(fā)生撞擊，裂紋很容易在各層之間擴(kuò)散并削弱材料強(qiáng)度。隨著時(shí)間推移，復(fù)合材料可能會(huì)在沒有任何警告的情況下突然崩潰。
此次團(tuán)隊(duì)在對(duì)薄層碳纖維層壓板進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)證明，與傳統(tǒng)聚合物的復(fù)合材料相比，通過納米縫合黏合的各層可將材料的抗裂性提高60%。
納米縫合的概念涉及“種植”垂直排列的“碳納米管森林”——碳的中空纖維。每根碳納米管都很小，以至于數(shù)百億納米管可以站立在比指甲還小的區(qū)域中。為了生長(zhǎng)納米管，該團(tuán)隊(duì)使用化學(xué)氣相沉積工藝，使碳作為微小的支撐物沉積在表面上。這些支撐物最終會(huì)被移除，留下一片密集的“碳卷森林”。
研究人員設(shè)想，任何采用傳統(tǒng)復(fù)合材料的車輛或結(jié)構(gòu)都可通過納米縫合變得更輕、更堅(jiān)韌、更有彈性。下一代飛機(jī)如果采用復(fù)合材料與納米縫合技術(shù)結(jié)合在一起，可使飛機(jī)更安全并具有更長(zhǎng)的使用壽命。
圖片來源|東西南北雜志社
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