“刚柔并济”混合材料,金属强度和橡胶弹性都想要


钛客脑乐剂 - “刚柔并济”混合材料,金属强度和橡胶弹性都想要

金属很坚固,但不能拉得很长;橡胶纤维有弹性,但它们一受力就形变,这看似是一个鱼与熊掌不可兼得的例子。最近,科学家们已将这两种材料的特性合并为一种混合纤维。它可用于软体机器人,包装材料或高科技纺织品等应用领域。

这种新型混合纤维由北卡罗来纳州立大学的一个团队开发,是一种由SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)弹性聚合物护套包裹的金属镓丝(为什么是镓,后面猫哥会说到)。当受到机械拉力时,纤维最初具有金属芯的强度,维持整体形状不变。一旦金属芯到达强度极限发生断裂,外部的聚合物将开始进行形变拉伸,保持纤维整体不会断掉。

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“每次金属芯断裂都会消耗一部分能量,断裂处的聚合物纤维的弹性就得到释放,纤维在伸长时将继续吸收能量,”首席科学家 Michael Dickey 教授说。“在极限拉伸时,它可以伸展到原来的长度的七倍,而在整个过程中会导致内部金属的多次断裂。”

除了拉伸特性之外这种混合纤维还有一些额外的能力。在发生断裂之前,金属芯能够导电。一旦金属丝被拉断,导电性就消失了,所以它可以作为一种拉力响应的开关。

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猫哥一度认为这种材料是一次性的,拉一次断一次,这么昂贵的高技术材料居然是一个易耗品?必须不是!因为内部镓金属芯的熔点只有29.8℃,稍微的加热(比如靠近人体),它就能融化,变成流体之后就能跟随外部聚合物的形变,使得内部金属芯从断开状态又变回连续状态。此时整个材料的导电性又恢复了!

最终外界拉力消失的时候,聚合物结束形变,带着内部的液态金属恢复原本的形状,温度降低之后,金属重新凝固成固态,混合纤维完全恢复初始状态。

“以往的材料只有两种状态可以选择,一种是拉不动,但是一旦拉动就断裂;另一种是不会断裂,但轻易的就被拉动了。”迪基说。“而我们的纤维具有两全其美的优势。”

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不知道大家有没有听说过,其实在材料领域,还有更完美的方法来替代,那就是被称为“超级纤维”的碳纳米管!它拥有着与金刚石相当的硬度,但又具备良好的柔韧性和弹性。但是目前在宏观尺寸碳纳米管的制备上,国际上尚没有十分成熟的方法。仅有中国清华大学的张如范教授实现了半米级长度的“完美”超长碳纳米管的可控制备,读到这里大家大可以起立鼓掌自豪一番。

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-02/ncsu-rea022119.php

http://advances.sciencemag.org/content/5/2/eaat4600


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