新型自愈复合伙料可自我修复逾千次 有望让汽车和飞机拜别报废

这一冲破针对的是复合伙估中常见的“分层掉效”问题——在服役过程中，纤维加强聚合物（FRP）内部的层状构造会跟着时光推移逐渐产生分别，从而导致开裂甚至断裂。 新材料在外不雅上与传统FRP类似，但在构造设计上更为坚韧，可以更有效地克制分层、裂纹扩大和整体构造破坏。

据介绍，研究人员采取三维打印技巧，在复合伙料各层之间嵌入了一层具有特定图案的热塑性“自愈剂”中心层，从而实现明显加强的抗分层才能。 这一中心层由聚（乙烯-共-甲基丙烯酸）（EMAA）制成，使材料对分层毁伤的抵抗力比通俗FRP进步了约2至4倍，大年夜幅削减了裂纹产生和构造毁伤。

除了自愈剂中心层，材料内部还集成了碳基加热层，这一设计被视为另一项关键立异。 当外部施加电流时，这些加热层会升温并熔融EMAA中心层，使其流入渺小裂缝，从新填充并“焊接”受损界面，完成所谓“热修复”（thermal remending）过程，其机理源于聚合物链的从新缠结与重构。

实验成果显示，该材料在多轮毁伤—自愈轮回后仍能有效修复内部毁伤，并保持较高韧性，没有出现明显的构造退化。 研究团队据此断定，假如在航空航天、可再生能源和汽车等行业大年夜范围采取这一材料，关键部件的服役寿命有望从今朝平日的几十年延长到数百年。

论文第一作者杰克·图里切克（Jack Turicek）表示，与传统复合伙料比拟，这种新材料从一开端就更为稳定，在至少500个毁伤—修复轮回中都能更好地遭受构造毁伤。 固然材料的韧性会跟着修复次数的增长而逐渐降低，但这一衰减过程异常迟缓，理论上可使相干部件的可用寿命延长至约500年，而传统FRP复合伙料的典范寿命大年夜多只有15至40年。

为了验证这种新型材料的自愈才能，研究人员经由过程施加拉伸载荷来模仿实际服役情况，并在试样中工资制造长度约两英寸的分层缺点。 随后，团队多次激活自愈过程，并在长达40天的时光里反复轮回这一加载—毁伤—修复测试，总计进行了1，000次轮回，以评估材料在反复毁伤与修复前提下的构造完全性保持情况。

研究人员指出，该材料若能走向工程应用，将有助于经由过程延长关键部件寿命、削减改换频率来降低运维成本，并因为削减制造与改换需求而降低能耗与工业固废排放，对工业放弃物治理和情况保护都有积极意义。 不过他们也强调，今朝的实验仍重要在实验室情况下进行，材料还须要在真实工况下接收经久考验，才能真正被视为成熟靠得住的工程解决筹划。