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新納米纖維材料兼具高強度和高韌性

發布時間:2018-01-08 21:28:55   
據最新一期《科學·材料》雜誌報道,美國麻省理工學院開發出一種被稱為凝膠靜電紡絲的超細纖維生產新工藝,由此製得的納米尺度的纖維具有超常的強度和韌性,或可成為防護裝甲和納米複合材料的新選擇。

  麻省理工學院化學工程係教授格裏高利·拉特利奇表示,材料科學講究平衡。通常情況下,研究人員在提高材料的某一特性時會看到其他特性的相應下降。強度和韌性就是這樣的一對矛盾體。強度越高的材料,韌性越低,其吸收能量的機製遭到破壞而更易破裂。而凝膠靜電紡絲技術則破解了這種平衡機製。

  新技術對傳統的凝膠紡絲技術進行了改進,加入了電力。由此製成的聚乙烯超細纖維可媲美或超過某些最強纖維(可用於製作防彈衣的Kevlar和Dyneema)的特性。與廣泛用於複合材料的碳纖維和陶瓷纖維相比,新製成的凝膠靜電紡絲聚乙烯纖維具有類似的強度,但韌性更高、密度更低。

  與傳統凝膠紡絲工藝不同的是,新技術使用單級過程取代多級過程,從而得到了具有更高拉伸度的纖維,其直徑僅為幾百納米而不是傳統的15微米。使用電力取代機械牽拉使製成的纖維更細,從而產生獨特的特性。拉特利奇稱,由新工藝製成的纖維未來可用以製造更為輕巧和牢固的防護材料。

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