受人類骨骼啟發(fā) 科學家開發(fā)的新型材料可隨著振動而變得更加堅固
魔猴君 行業(yè)資訊 1385天前
據(jù)外媒New Atlas報道，無論是支撐公寓樓的結(jié)構(gòu)梁，還是支撐學?？茖W項目的一塊蘇格蘭膠帶，我們都習慣于材料隨著時間的推移而變?nèi)?，但芝加哥大學的一項新發(fā)明可能會改變這一情況。工程師們從我們的骨骼在一生中適應其質(zhì)量和強度以支持不同負載的方式中獲得靈感，開發(fā)了一種新型凝膠，實際上可以隨著時間的推移而加強振動和壓力。
“其他每一種材料在振動時都會變得更弱，”領(lǐng)導研究團隊的Aaron Esser-Kahn說。“這是我們第一次逆轉(zhuǎn)了這一過程，表明一種材料可以通過機械振動來加強自身?！?/span>
雖然人類骨骼的適應性為Esser-Kahn和他的團隊提供了部分靈感，但另一部分靈感來自于所謂的壓電效應。這指的是能夠接受機械應力和振動并將這種運動轉(zhuǎn)化為電荷的設(shè)備和材料。我們已經(jīng)看到這種技術(shù)如何被整合到鞋子、道路和筆記本電腦鍵盤中，但加州大學的團隊將這種特殊的應用描述為第一種。
研究人員一開始的想法是，或許可以利用通過壓電效應產(chǎn)生的電荷來觸發(fā)材料內(nèi)部的反應，從而提升材料的強度。于是他們開始用不同的化學成分進行實驗，努力生產(chǎn)出具有正確特性的凝膠。在經(jīng)過幾十種混合物的努力后，該團隊最終找到了一個“贏家”：由一種聚合物凝膠與所謂的硫醇烯反應物和氧化鋅壓電顆粒的混合物組成。
這種材料可以通過振動進行強化，原因是顆?？梢詡鬟f能量并引發(fā)硫醇烯反應，從而達到在材料中產(chǎn)生新交聯(lián)的效果。在測試中，研究小組將這種柔軟的凝膠變成了一種剛度接近骨骼內(nèi)部的材料，僅僅通過使其受到振動，其自身強度就達到了66倍。有趣的是，該材料在受到最大壓力的地方加強了更多。
“就像骨骼一樣，材料的強化程度與我們投入的力量完全一致?！?/span>Esser-Kahn說。
該團隊認為這種類型的材料有很多可能性，包括隨著時間推移而變得更加堅固的建筑物，或者更有效地與身體整合的醫(yī)療植入物。一個真正有希望的領(lǐng)域是粘合劑，例如航空航天工程中用于將不同材料融合在一起的粘合劑。
“粘合劑可能會受到巨大的影響，”Esser-Kahn說?！罢澈蟿缀蹩偸遣牧系墓收宵c。這可能會導致專門的粘合劑，其粘性和凝固性更好?！?/span>
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