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日本材料研究新动向:自我修复

2016/04/20

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  日本的大学和企业正在研究具备自我修复功能的新型材料,当出现裂痕和瑕疵后,该材料依然能够保持强度。具体来说,飞机引擎使用的高强度陶瓷、汽车车架使用的碳纤维复合材料(CFRP)以及电线等材料将具有自我修复功能。该高性能材料的耐用性得到提高,维护费用将降低,其用途将进一步扩大,有望诞生新的市场。

用于飞机引擎的新型陶瓷材料具有自我修复功能
  日本在碳纤维复合材料领域拥有压倒性的市场份额,在高性能材料领域占据优势。新材料和金属具备自我修复功能后,将促进高性能材料在高温高压等严苛环境以及修理困难场所的利用,提升国际竞争力。

  横滨国立大学副教授中尾航团队开发出了10分钟自我修复裂痕的飞机引擎用高强度陶瓷。当材料表面出现裂痕后,高温空气将进入并融化陶瓷纤维中的自我修复材料碳化硅,裂痕将被弥合硬化,阻止材料断裂。

  目前的飞机引擎多为镍合金材料,如果换成质量更轻的陶瓷材料将降低约15%燃耗。陶瓷材料具备引擎所需的耐高温高压性能,但存在比金属更容易出现裂痕的问题。

  今后,研究团队将与日本国内的飞机零部件厂商共同试制陶瓷发动机,计划于2025年左右实施燃烧试验,力争推向实用化。

  富山县立大学副教授真田和昭的研究团队也与日精技术(Nissei Technica)共同开发出了具备自我修复功能的碳纤维复合材料。

  在碳纤维之间混入装有粘着剂的胶囊,出现裂缝后,胶囊断开,粘着剂流出完成修复。10天后将完全凝固,可恢复到原来的强度。预计将用于汽车和飞机的构造材料、以及人造卫星构件等方面。

  早稻田大学副教授岩濑英治等人开发出了断线后自我修复的电路。电线表面涂有含黄金纳米粒子的溶液,电线断开后,黄金粒子被引入断开部位,填埋缝隙。在实验中成功修复了4微米宽的裂缝。

  该材料可用于地板之下等不便维修场所的电线,还可在弯折和振动较多的场所发挥作用,比如贴身使用的医疗传感器和便携式精密仪器。

  日本涂料生产商关西涂料开发出一种新型保护剂,让屋顶和墙体上的铁板具有自我修复功能。保护剂与受损时生成的铁锈发生反应,形成覆膜从而防止腐蚀。
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