新一代材料的技術(shù)規(guī)格使我們的生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了一個(gè)全新水平,幫助我們創(chuàng)造出過(guò)去不可能實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品。這些材料是材料科學(xué)不斷創(chuàng)新的產(chǎn)物,并且只有在復(fù)合材料的發(fā)明并將其引入工業(yè)領(lǐng)域的條件下才能實(shí)現(xiàn)。
這篇文章描述了這些新材料是如何被開(kāi)發(fā)的——同樣重要的是:如何分析它們的化學(xué)成分,以及它們的性能。
如何開(kāi)發(fā)和保留復(fù)合材料的優(yōu)異性能
某些材料具有一些優(yōu)異的性能,可以地配合特定的應(yīng)用。 不幸的是,有時(shí)候受環(huán)境的影響,不能輕易地使用這些材料。它們往往需要不斷的更換,減少了它們?cè)谑褂蒙纤哂械膬?yōu)勢(shì)。
通過(guò)開(kāi)發(fā)多層結(jié)構(gòu),或者噴鍍涂層,這些精致的復(fù)合材料可以被有效保護(hù)并投入使用。
圖1:涂覆不同材料的玻璃片
例如,在厚板中引入納米纖維可以有效提高其抗?fàn)恳Α⒖箯澢蚺まD(zhuǎn)力。這些材料通常有一個(gè)特征,就是基體((材料的外部,直接暴露于應(yīng)力之下))是由網(wǎng)狀纖維構(gòu)成的。當(dāng)應(yīng)力作用于材料時(shí),就會(huì)轉(zhuǎn)移到纖維上。纖維利用彈性形變,可以很容易地處理施加的應(yīng)力。一旦應(yīng)力消除,纖維就會(huì)把材料帶回到原始狀態(tài)。
這種應(yīng)力轉(zhuǎn)移過(guò)程導(dǎo)致了自我修復(fù)材料的產(chǎn)生。一個(gè)典型的例子是一些智能手機(jī)的塑料外殼,當(dāng)刮傷時(shí),可以在幾分鐘內(nèi)恢復(fù)。如果劃痕不太深,它甚至?xí)?消失,使你的手機(jī)不容易刮花,長(zhǎng)期保持全新。
這些材料的生產(chǎn),需要更先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù),因此往往需要投入大量資金。值得一提的是,科學(xué)家們已經(jīng)把注意力集中在如何將應(yīng)力從基體轉(zhuǎn)移到纖維上,而不破壞基體的結(jié)構(gòu)。科學(xué)家們考慮并研究了幾種不同的解決方案,如制造出一種復(fù)雜的纖維骨架,或在纖維上涂覆別的材料,以促進(jìn)剪切應(yīng)力在纖維-基體界面上的傳遞。
圖2:不同編織方式的纖維的SEM圖:不同類(lèi)型的纖維編織具有不同的抗拉強(qiáng)度。根據(jù)不同的應(yīng)用來(lái)選擇合適的編織技術(shù)。
如何檢測(cè)和分析新一代復(fù)合材料
當(dāng)這些研究在納米級(jí)材料上進(jìn)行時(shí),需要使用到電子顯微鏡來(lái)進(jìn)行分析和測(cè)量。使用飛納臺(tái)式掃描電鏡(Desktop SEM),既可以快速測(cè)量并統(tǒng)計(jì)纖維直徑,還可以觀察它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的變化。同時(shí),也可以對(duì)涂層的質(zhì)量和化學(xué)成分進(jìn)行局部分析,以驗(yàn)證纖維與基體的結(jié)合是否是*的。這可以用能譜分析(EDS)來(lái)完成。
另外,復(fù)合材料并不是近期的發(fā)明。居住在歐洲大陸的居民在古代就已經(jīng)將不同種類(lèi)的材料混合并用于裝飾或別的用途。例如,考古發(fā)現(xiàn),在德國(guó)Speyer大教堂的*陵墓的陪葬品中,里面的紡織纖維與金線混合在一起。
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