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航空用损伤自愈和复合材料:中国哈尔滨工业大学与英国伯明翰大学联合研发出可在超低温持续自愈的结构复合材料

2016-09-26 709浏览 标签: 复合材料中国/英国UB/HEBGYDX


研究背景及关注意义


     为应对航空器、飞行器、卫星、海上风机等在运行中修理不便甚至无法进行修复的情况,全球范围内的研究人员在过去二十年对具有自愈和功能的材料进行了研究,并做到了在某些条件下可达到百分百的愈合率。但是自愈材料在恶劣条件和极端条件下的自愈能力一直不够乐观,比如在低温条件下,材料内部的修复机制会因为化学反应无法进行而不能进行。英国伯明翰大学和中国哈尔滨工业大学领衔的一支研究队伍在英国皇家学会开放获取期刊Royal Society Open Science上发表了其就纤维增强基复合材料自我修复的近期研究成果,这是世界范围内科学家们首次在零下60°C的低温条件下对自愈材料进行了成功操作。这项成果可应用于航空飞行器、海上风力发电叶片以及其他相对恶劣环境下的材料自我修复。


研究内容


     英国伯明翰大学在近日报道了于当天在英国皇家学会开放获取期刊Royal  Society  Open  Science上发表的关于在超低温条件下可持续自愈的结构复合材料的研究成果。该研究团队由英国伯明翰大学和中国哈尔滨工程大学共同领衔,由劳埃德TSB集团、英国工程和自然科学研究委员会(EPSRC)以及英国皇家工程学院的中、印研究交流项目共同支持。

     

     研究人员将若干个负责传递、释放修复成分的三维空心微管,以及一个用于内部加热和除霜的多孔导热元件嵌入复合材料中。据英国伯明翰大学博士研究生Yongjing  Wang解释,这两个结构都很重要,其中的加热器解决了液体在零下60°C的凝固问题,保证了化学反应的进行;空心微管则负责将具有修复功能的液体自动运送到裂缝处。使用这种方法,研究人员实现了一种玻纤增强复材薄片在零下60°C条件下超过100%的自愈率,并表示该方法可以推广到更多自愈材料的制备中。


     在研究实验中,研究人员分别使用铜发泡材料和碳纳米管材料作为传导层,结果显示使用碳纳米传导层获得的平均自愈率更高,其断裂性能的恢复率为107% ,最大负载的恢复率为96.22%。


     研究小组下一步将开发一种更为先进的加热层,以降低加热器件对材料负载性能的影响,他们的最终目标是开发出新型的加热机制,可以让更多的复合材料在任意条件下都能够实现对任意程度损伤的自我修复。


图1 自愈过程示意图

    动态链接:Researchers   find   way   of   developing composites   that   self-heal   at   very   low temperatures

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