受人類骨骼啟發 科學家開發的新型材料可隨著振動而變得更加堅固

魔猴君  行業資訊   1597天前

據外媒New Atlas報道，無論是支撐公寓樓的結構梁，還是支撐學校科學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弱，但芝加哥大學的一項新發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量和強度以支持不同負載的方式中獲得靈感，開發了一種新型凝膠，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，”領導研究團隊的Aaron Esser-Kahn說。“這是我們第一次逆轉了這一過程，表明一種材料可以通過機械振動來加強自身。”

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化為電荷的設備和材料。我們已經看到這種技術如何被整合到鞋子、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生的電荷來觸發材料內部的反應，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，努力生產出具有正確特性的凝膠。在經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，原因是顆粒可以傳遞能量并引發硫醇烯反應，從而達到在材料中產生新交聯的效果。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。”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療植入物。一個真正有希望的領域是粘合劑，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。“粘合劑幾乎總是材料的故障點。這可能會導致專門的粘合劑，其粘性和凝固性更好。”

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