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鋁基複合材料性能

生活更新时间:2024-12-13 10:49:03

談到植物基材料，許多人可能會想到一些“綠色”的東西，但不是非常堅固。然而，麻省理工學院(MIT)設計的一種新複合材料并非如此，據稱它像鋁一樣硬、像骨頭一樣堅韌。該材料的主要成分是纖維素納米晶體(CNCs)。這些是通過一個酸水解過程從構成樹木細胞壁的纖維素纖維中獲得。

鋁基複合材料性能（新型生物複合材料）1

在納米級層面上，CNC比凱夫拉纖維更硬、更強。因此，人們以前曾希望，如果将它們添加到現有的聚合物中，它們可以使這些聚合物變得更強。然而不幸的是，當添加的時候，CNCs往往會結成塊狀，而且它們隻跟聚合物分子形成弱的結合。

為了解決這些問題，A. John Hart教授及其同事首先将市售的CNC粉末跟一種合成液體聚合物混合，其比例經過優化以産生一種凝膠。然後用一個超聲波探針來打破在該凝膠中形成的任何CNC結塊。這樣做允許單個納米晶體分散在整個凝膠中，因此它們可以跟聚合物分子形成牢固的結合。

接下來，一些凝膠通過3D打印機的噴嘴被擠出，一些則被倒入模具。在這兩種情況下，一旦凝膠随後幹燥和收縮，最終得到的結果是由60%至90%的CNC組成的硬固體。

此外，人們發現這種複合材料具有類似磚和砂漿的微觀結構，類似于一些軟體動物外殼的珍珠襯裡的強度。這種結構被證明可以防止裂縫在材料中擴散。

在用這種複合材料制成的一分錢大小的薄膜上進行的測試表明，它比某些類型的骨頭更強壯、更有韌性，比典型的鋁合金更硬。研究人員還用這種材料制作了一個真人大小的人類牙齒模型，以此來證明它有朝一日可以用于生産牙科植入物。

不過與此同時，科學家們正在試圖将複合材料在幹燥時的收縮程度降到最低。這樣，它将适合于制造更大的物體，而不是迄今為止生産的較小的樣品。

Hart說道：“通過在高負荷的情況下用CNC制造複合材料，我們可以賦予聚合物基材料以它們以前從未擁有的機械性能。如果我們能夠用自然衍生的纖維素取代一些石油基塑料，這可以說對地球也是更好的。”

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