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受终结者启发 美国研发自愈材料可用于飞机与地面车辆

盖世汽车讯 据外媒报道,美国陆军与德州农工大学(Texas A&M University)的研究人员在一项旨在改进未来无人驾驶飞机和机器人汽车的研究中,研发了一种新型聚合物材料,此种材料可以变形并自动自愈。

图片来源:德州农工大学

在早期研究中,该款首次出现的3D打印环氧树脂类材料可以对刺激物进行响应,研究人员希望未来可以将智能技术嵌入其中,让其能够不受外界控制,自动适应环境。该项研究的研究人员表示:“我们希望构建一个能够同时具备结构、传感和响应功能的材料系统。”

研究人员设想了一个未来平台,适用于空中和地面任务,具有好莱坞电影《终结者2》中T-1000的特征。在该部大热电影中,终结者由液态金属制成,手臂可以变成刺伤人的武器,在被12口径的猎枪和40毫米的榴弹发射器击中之后,还可以自我修复。

截至目前,研究人员研发的材料可以对温度做出反应,研究人员首先选择此种材料因为其易于使用于实验室测试中。

聚合物是由重复的单元制成的,就像链上的链环一样。据报道,较软的聚合物的链条只是通过交联轻轻连在一起。链条之间的交联越多,材料的硬度就越高。

研究人员表示:“大多数交联的材料,特别是3D打印制成的材料,往往都具有一个固定形式,即,一旦制造好部件,材料不会再被加工或被融化。而新材料有一个动态键,让其可以多次从液体变成固态,因此既可被3D打印,也可被回收。”

此类动态键导致一种独特的形状记忆行为,因此材料可以被编程和触发,以回到记忆中的形状。此种灵活性导致既可以获得柔软似橡胶的聚合物,又可获得坚硬似承重塑料的聚合物。

此类动态化学键合过程由呋喃和马来酰亚胺参与。简而言之,在此类反应中,呋喃和马来酰亚胺可根据温度将链“连接”或“取消连接”。当温度足够高时,此类分子会从聚合物链条中脱落,材料软化。在室温下,由于分子很快地“连接”到一起,再次形成交联,因此材料会硬化。因此,如果在室温下,材料中有任何裂缝,呋喃和马来酰亚胺都会“重新连接”,在几秒内修复裂缝。

目前,该研究仍处于研发阶段。该团队开始尝试研发一种可用于结构应用的3D打印材料,制造无人机甚至旋翼飞机的组件。

研究人员表示:“目前,我们在室温下很容易将该材料的自愈率达到80%,但我们希望能够达到100%。此外,我们还希望该材料能够对温度以外的其他刺激做出反应,比如光线。未来,我们将探索嵌入一些低级智能技术,让材料能够自动适应,无需用户启动过程。”

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