由兩種以上的不同材料復合在一起形成的材料稱為復合材料。例如,用黏結力很強的環氧樹脂與碳纖維黏合在一起就形成復合材料。與我們熟知的金屬、混凝土、木材、塑料等傳統材料不同,這種復合材料很輕、強度很高、耐腐蝕、制造方便,被廣泛地用在航空航天、交通運輸、化學化工、綠色能源、體育用品等領域。
隨著人類探索太空、利用太空活動的增加,復合材料已經成了航天工程不可或缺的材料。目前,在地球軌道上的衛星、空間站等航天器越來越多,還有飛向月球和更遙遠火星的航天器。設想一下,這些航天器一旦受傷了怎么辦?
當動物和植物受傷后,傷口會自己長好,在醫學上叫“自愈合”。科學家模仿動植物的傷口自愈合功能,開發了一種神奇的能使“傷口”自愈合的復合材料,用這種使材料制造的航天器在太空中受傷后能自己愈合傷口,復合材料的力學性能得到恢復,從而大大延長航天器的壽命。
制造傷口能自愈合的復合材料,要預先將包了活性樹脂的微膠囊和催化劑分散在復合材料中。微膠囊的結構類似于我們平常吃的雞蛋,有一個硬質外殼,里面包著液體樹脂,但是它很小,直徑在1微米-500微米左右,只有雞蛋直徑的百分之一左右。當復合材料受傷開裂時,微膠囊的外殼發生破裂,樹脂流出來遇到催化劑后發生化學反應,樹脂的狀態從液態轉變成堅硬的具有很好力學性能的固體,將復合材料的傷口合起來。
復合材料自愈合的原理不難理解,但要做到實際應用,還要攻克很多難題,目前科學家能使復合材料自愈合后的力學性能恢復到原來的80%左右,已經非常接近實用水平。自愈合復合材料發展前景光明,發展潛力巨大,在許多工業領域都亟待我們創新性地去開發、應用。(作者單位:華東理工大學)
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