金屬也有“再生”機能
2013年10月25日 11:17 7979次瀏覽 來源： 中國科學報 分類： 再生金屬資訊
人為干預使液態金屬具備修復能力
對于金屬的自我修復機制，人為介入的手段似乎更多，科研人員試圖用更多的人為干預，尋找最有效的金屬材料。
今年早些時候，北卡羅來納州立大學的科研人員就發現了一種使用液態金屬和特殊聚合物制造電線的方法。這種電線具備極強的伸縮能力，可以拉伸原始長度8倍的液態金屬電線，在拉伸的過程中電線仍能正常使用，并且即便完全切斷都具備自我修復的功能，可以用來建造復雜的3D結構，改進高壓技術的實現方式。
記者在這一研究的視頻中看到，科研人員為了制備這種具備自我修復能力的電線，還專門制造了一種外部護套，由聚合物材料構成。隨后，他們將銦和鎵的液態合金放置于這一同樣具有可延展功能的護套通道之中。
接著，和液態合金相連的電線可以導電使得燈泡變亮。為了驗證這種液態金屬的自我修復能力，科研人員用剪刀將護套以及液態金屬的通道剪斷，燈泡隨之熄滅。但外露的液態金屬因為立刻被氧化，形成了堅固外層，不會有泄漏。
這時，再將剪斷的兩邊結合起來，液態金屬又恢復了流動，燈泡也再次被點燃，可見其修復能力使得結合效果與斷裂之前相同。這一成果未來可以應用于從耳機線到手機充電器電線等各種電線和電子紡織品中。
負責該項研究的邁克爾·迪基博士表示，這種液態金屬電線可以供可攜式無線設備使用。因為包裹在特殊材料護套中的液態電線，不僅可自我修復，還具備可根據其接收的無線電波長來自我調整的能力。
如果將這樣的液態電線與小型錄音設備相連，嵌置于橋梁或水壩內，電線會隨著壓力變化而伸收，建筑結構的安全性便可以被實時監測。
應用層面已有所開拓
在利用金屬自我修復機制的應用層面，美國已經有所收獲。美國伊利諾伊大學香檳分校的科研人員就曾研制出一種不尋常的電路，能在崩潰時通過釋放液態金屬，恢復電路的導電性從而修復自身。這一成果可用來制備具有自我修復功能的電子芯片和電子設備。
其原理是：利用導致芯片破損的外界壓力，“碾破”一個載有修復材料的微型膠囊，釋放出的液態金屬能及時填充在破損導致的間隙中，使得電流重新恢復工作。
實驗結果表明，這種微型膠囊能“治愈”大部分測試電路，用時只需一微秒，便能讓電壓恢復到正常值。科研團隊希望借用這一技術，可以研制出壽命更長的可充電電池。
要知道，現在的可充電電池在多次重復使用后會因設備內部的損害中斷電流引發故障，一旦這個問題被解決，電動汽車電池的壽命將大幅度延長，維護成本也將減小。
利用自我修復的機能，部分金屬還可以與其他特殊材料混合制成復合材料，用于軍事方面。比如美國五角大樓曾檢測一項可自我修復的新材料，這種材料由鎂、鋁等金屬，與其他特殊材料混合構制，其內部呈泡沫結構，熔點相對較低。
若用在裝甲車外部，一旦遭到火箭彈等重型武器攻擊，這種材料中的泡沫便會破裂，裂縫會被氣流攜帶的金屬液體迅速填補愈合，凝固后，就能使得“創口愈合”，恢復如初。
中科院在金屬修復能力機制探索方面同樣有所建樹，劉靜及其團隊的科研成果就發表在前不久的美國物理學會《應用物理快報》上。其核心思想在于：他們在驅動彈性體方面引入了具有超級順應性和平面自修復特性的液態金屬薄膜技術，其中液態金屬薄膜平面自修復現象系首次發現。
“這一技術可以實現的彈性材料形變量，顯著超越了以往的固體金屬電極技術，以及近年來引起關注的納米金屬顆粒漿料電極技術，在人工肌肉、柔性電子和智能服等方面有著重要的應用價值。”劉靜說，金屬的自我修復機制現在引起了越來越廣泛的關注，未來在應用層面還會有更大的拓展。
責任編輯：mqk
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