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受人类骨骼启发 科学家开发的新型材料可随着振动而变得更加坚固

       据外媒New Atlas报道,无论是支撑公寓楼的结构梁,还是支撑学校科学项目的一块苏格兰胶带,我们都习惯于材料随着时间的推移而变弱,但芝加哥大学的一项新发明可能会改变这一情况。工程师们从我们的骨骼在一生中适应其质量和强度以支持不同负载的方式中获得灵感,开发了一种新型凝胶,实际上可以随着时间的推移而加强振动和压力。


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    “其他每一种材料在振动时都会变得更弱,”领导研究团队的Aaron Esser-Kahn说。“这是我们第一次逆转了这一过程,表明一种材料可以通过机械振动来加强自身。”

虽然人类骨骼的适应性为Esser-Kahn和他的团队提供了部分灵感,但另一部分灵感来自于所谓的压电效应。这指的是能够接受机械应力和振动并将这种运动转化为电荷的设备和材料。我们已经看到这种技术如何被整合到鞋子、道路和笔记本电脑键盘中,但加州大学的团队将这种特殊的应用描述为第一种。

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       研究人员一开始的想法是,或许可以利用通过压电效应产生的电荷来触发材料内部的反应,从而提升材料的强度。于是他们开始用不同的化学成分进行实验,努力生产出具有正确特性的凝胶。在经过几十种混合物的努力后,该团队最终找到了一个“赢家”:由一种聚合物凝胶与所谓的硫醇烯反应物和氧化锌压电颗粒的混合物组成。

      这种材料可以通过振动进行强化,原因是颗粒可以传递能量并引发硫醇烯反应,从而达到在材料中产生新交联的效果。在测试中,研究小组将这种柔软的凝胶变成了一种刚度接近骨骼内部的材料,仅仅通过使其受到振动,其自身强度就达到了66倍。有趣的是,该材料在受到最大压力的地方加强了更多。

“就像骨骼一样,材料的强化程度与我们投入的力量完全一致。”Esser-Kahn说。

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     该团队认为这种类型的材料有很多可能性,包括随着时间推移而变得更加坚固的建筑物,或者更有效地与身体整合的医疗植入物。一个真正有希望的领域是粘合剂,例如航空航天工程中用于将不同材料融合在一起的粘合剂。

“粘合剂可能会受到巨大的影响,”Esser-Kahn说。“粘合剂几乎总是材料的故障点。这可能会导致专门的粘合剂,其粘性和凝固性更好。”

(责任编辑:中国3D打印网)