納米縫紉讓復合材料堅硬十倍——新技術有望解決層間斷裂，可使飛機部件及其他機械變得堅不可摧
2009-03-16 來源：中國聚合物網
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碳納米管能夠加固復合材料。
（圖片提供:Brian L. Wardle/MIT）
科學時報報道 你如何讓在飛機中使用的本已很耐用的復合材料變得更加結實？答案是加入一點點碳。研究人員發現，在復合材料的碳素纖維中添加更多的碳——通常是極細微的碳納米管，能夠充分增加它們的剛性。這項技術一旦商業化，無疑將使飛機的關鍵部件和其他機械變得幾近堅不可摧。
談到材料的強度和硬度，碳是絕對的王者。在這種元素的晶形中（最為人們所熟知的便是金剛石），周期表上的原子序數6使得碳能夠抵抗足以粉碎鐵和鈦的壓力。在將其制造成比人的一根頭發還要細的纖維后，這種碳素纖維甚至比最高強度的鋼還要結實。
但是當提到制造一些更為剛硬的結構時，例如飛機部件，碳素纖維便有一個缺點。工程師必須在這些結構中同時加入碳素纖維和環氧樹脂，而這種樹脂則會在碾軋過程中變得很脆弱。一旦遭受重壓，這些夾層便會破裂，這種情況被稱為層間斷裂，它會對飛行中的飛機造成致命的破壞。
據美國《科學》雜志在線新聞報道，如今，一個來自美國劍橋市麻省理工學院（MIT）的研究小組終于找到了一種有效而簡單的改進技術。研究人員在碳素纖維中研制出了一種化學方法——將這些纖維加熱至750攝氏度，從而使其生成由碳納米管構成的“觸須”。之后，他們再將這些短而粗的“觸須”織入之前已經加注環氧樹脂的構造當中。最終，碳納米管將這些夾層緊緊地縫合在一起，從而產生了類似于維可牢（編者注：維可牢實際上是兩條尼龍帶，其中一條涂有涂層，上有類似芒刺的小鉤，另外一條的上面則是數千個小環，鉤與環能夠牢牢地粘在一起）的效果。
研究人員報告說，與現有的材料相比，新的復合材料的強度是過去的10倍。研究人員在即將出版的《復合材料雜志》上報告了這一研究成果。
主持這一研究的宇宙航空工程師Brian Wardle表示，他期待進一步的改進能夠增加新材料的強度。由于這一技術具有極大的優勢，研究小組的專家計劃在今年晚些時候成立一家公司，以便開發這種新材料的商業價值。
英國南安普敦大學的材料工程師S. Mark Spearing指出：“這項工作具有重要的意義。”Spearing說，自從層合復合材料在上世紀60年代末期問世以來，其所存在的層間斷裂隱患一直為人們廣泛關注。如今，與其他方法相比，新的納米“縫紉”技術將成為強化這種材料從而避免意外損傷的有效方法。
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（責任編輯：chen）
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