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德国研发出可以像蛇一样蜕皮的面料 |
2017年05月25日08:43 中国纺织报
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弗莱堡大学正在开发一种防水材料,它可以通过像蛇一样蜕皮来修复自己。

  防水材料有自洁从挡风玻璃到玻璃瓶等任何东西的最后一滴糖浆的潜力,但这些材料往往有脆弱的一面。一个可能的解决方案是制造可以自我修复的防水涂料,在德国的佛雷堡大学的JürgenRühe领导的一个研究小组已在这样做了。它们的超疏水性材料在受损后将其外皮像蛇一样蜕掉来自修复。

  受天然防水表面的启发,如对莲花叶和水黾的发现,已经开发了许多不同的超疏水材料。一些最成功的是那些使用较大的微观结构支撑的纳米结构涂覆的基材。尽管这种材料很有用,但他们易于损坏并且一道划痕就足以破坏其疏水性。

  为了克服这一点,Ruhe的团队开发了一个由相叠的三层构成的新自愈材料。顶层是一个由聚1H,1H,2H,2H-全氟癸基丙烯酸酯(PFA)组成的疏水膜,也被称为“纳米草”,它从由它表面伸出的尖锐的,圆锥状的纳米结构获得疏水性能。在这一层下面是聚乙烯吡咯烷酮(PVP),一种用于各种医疗应用的水溶性聚合物。底层是一个超疏水薄膜硅纳米草。

  这个想法是,如果顶层被划开,材料可以被水浸没渗透到划痕并溶解中间聚合物层。这使得损坏的顶层松散和脱落,露出下面的新的疏水层。

  据该小组说,蜕皮材料仍然在实验室阶段,需要做更多的工作来加强顶层以防止划伤破坏下层。但如果他们成功了,他们的多层方法可能会引出更具弹性的自洁和防水材料。

  通过两步法在碳/碳(C/C)复合材料上制备自愈合的纯SiC涂层,以保护C/C复合材料免受氧化。首先,通过氢硅油(H-PSO)的热分解在基板表面上获得SiC纳米线。第二,通过在氩气气氛中高温浸润硅来制造厚度为100-200μm的涂层。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察涂层的形貌和相组成。对样品进行氧化实验,结果表明所得涂层由纯SiC组成,并且具有一定的自愈能力。SiC自修复涂层使得C/C复合材料的抗氧化性能显着增加,并且它可使C/C的复合材料在1400°C的空气条件下超过4小时而不氧化,相应的质量损失只有0.71%。

  复合材料由于其高比强度,高比模量,低线膨胀系数,好的耐磨性,而广泛应用于许多行业,包括且不限于航空航天,冶金,制药,生物技术,化工等行业。但是C/C复合材料在370以上°C易于发生氧化并且超过500°C时氧化率迅速急速增加。氧化质量损失使其性能大幅降低,这限制了其在高温下的广泛应用.

  解决这一问题的关键在于提高高温下C/C复合材料的抗氧化性能。SiC涂层可以从氧气中隔离碳材料,从而显著提高其抗氧化性能。

  除此之外,它还可以防腐蚀且明显增加冲击强度。近年来,大量的努力一直致力于SiC涂层的制备。为了减少涂层和C/C基体之间的热膨胀系数(CTE)的不匹配,研究人员在制备过程中加入了异质元素,如Al2O3,CrSi2和MoSi2.14-16。然而,在SiC涂层制备过程中引入的异质元素在高温下可能污染使用环境,从而在一些应用中不能用此涂层。由于其优异的性能,如热稳定性、高强度、高的热传导率,SiC纳米线有很大的潜力来作为陶瓷增强材料。它们有望为SiC涂覆的C/C复合材料提供有效的保护,并确保SiC涂层的纯度。

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