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2022年10月29日 星期六

自癒合複合材料



作者:蔡東霖

X戰警(X-Men)中的金剛狼(Wolverine)或者漫威宇宙(MCU)中的死侍(Deadpool)都擁有超強的自癒因子。所以,只要受傷,身體就會自癒合(self-healing),然後,又是一尾活龍。不過,電影畢竟是電影,現實生活中,有這樣的事情嗎?從上個世紀開始,就有很多研究團隊在做這方面的研究。最近, North Carolina State University (NCSU) 的研究團隊開發了一種新的自癒合(self-healing)複合材料...





期刊 Nature Communications 在2022年十月刊登了 Snyder 等人的文章「Prolonged in situ self-healing in structural composites via thermo-reversible entanglement」。文章中提到研究團隊開發了一種新的自癒合(self-healing)複合材料,允許當它產生裂縫時,結構可以自行修復,而不必將其報廢。這項最新技術可以顯著地延長風力渦輪機葉片和飛機機翼等結構部件的壽命。

這項最新技術解決了自癒合材料的兩個長期挑戰:
(1)為了修復,這些材料通常需要先拆下來。例如,有些部件需要在烤箱中加熱進行癒合,這意味著,大型元件或在使用給定部件時,就無法進行加熱;
(2)現階段的自癒合材料只能在有限的時間內有效。 例如,該材料可能能夠癒合幾次,之後其自我修復效能將顯著降低。

新技術的自癒纖維增強複合材料(self-healing fiber-reinforced composite )的工作原理大致如下:
由纖維(例如玻璃和碳纖維)疊層壓製成層壓複合材料(Laminated composites)。接著,研究團隊在複合材料上,透過 3D 列印技術製作熱塑性癒合劑的圖案(pattern of thermoplastic healing agent)。同時,研究團隊還在複合材料中嵌入了薄薄的「加熱層」(heater layers )。 當施加電流時,加熱層會變熱。 這會融化癒合劑,讓癒合劑流入複合材料中的任何裂縫或微裂縫並進行修復。

研究報告指出,這個過程至少(at least)可以重複100次,同時保持自癒合的有效性。另外,3D列印熱塑性癒合劑還同時提高整體 500% 的抗斷裂性。
最重要的是:熱塑性癒合劑和加熱層都由現成的材料製成,所以,相對便宜。

雖然,製作與設計這樣的複合材料的成本會昂貴一點,但,或許所延長的材料使用壽命可以攤提掉這些成本。

另外,若需要熱塑性工程塑膠板/膜,可以洽詢光斌公司



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