瑞士研究人員研發(fā)新型磁致感應(yīng)形狀記憶復(fù)合材料
2019/6/21 10:41:27
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瑞士保羅謝爾研究所（PSI）和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）的研究人員成功研發(fā)出一種可由磁性條件激勵(lì)其形狀記憶效應(yīng)的新型復(fù)合材料。當(dāng)被放入磁場中時(shí)材料將保持某種特定的形狀。新型復(fù)合材料與傳統(tǒng)磁感應(yīng)形狀記憶材料不同，它由聚合物和嵌入其中的所謂磁流變液體的液滴組成。這種新型復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域包括醫(yī)藥、航空航天、電子和機(jī)器人。該研究結(jié)果發(fā)表在科學(xué)期刊Advanced Materials上。 新材料的變化過程從視頻中看起來就像一個(gè)魔術(shù)：在施加磁場之前，黑色條狀材料在平臺(tái)上保持柔軟狀態(tài)，沒有表現(xiàn)出任何更多的性狀。黑色條狀材料由兩種成分組成：硅基樹脂聚合物和水與甘油的混合液滴，其中漂浮著微小羰基鐵顆粒。后者提供材料的磁性和形狀記憶效應(yīng)。如果用鑷子將復(fù)合材料強(qiáng)制扭曲成某種形狀然后暴露在磁場中，即使取下鑷子也能保持扭曲形狀。只有當(dāng)磁場也被移除時(shí)，材料才會(huì)恢復(fù)其原始形狀。 到目前為止，傳統(tǒng)形狀記憶復(fù)合材料多由聚合物基體樹脂和金屬粒子填料組成。然而保羅謝爾研究所和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員使用水滴和甘油將磁性粒子嵌入聚合物基體樹脂中。通過這種方式，研究人員得到了類似于牛奶的磁流變液滴分散體。 就像牛奶中的微小的脂肪滴分散在水溶液中一樣，細(xì)小的磁流變液滴也均勻地分布在復(fù)合材料中�！坝捎诜稚⒃诰酆衔锘w中的磁敏相是液體，因此施加磁場時(shí)產(chǎn)生的力比以前報(bào)道的要大得多，”保羅謝爾研究所介觀系統(tǒng)研究組負(fù)責(zé)人兼蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院教授Laura Heyderman解釋道，“如果磁場作用在復(fù)合材料上，它會(huì)變硬。這種新的材料概念只能通過磁性材料和柔性材料兩個(gè)完全不同領(lǐng)域的專業(yè)團(tuán)隊(duì)之間的合作來實(shí)現(xiàn)�！� 通過與磁場方向一致形成形狀記憶效應(yīng) 研究人員在保羅謝爾研究所的瑞士光源（SLS）X射線檢測設(shè)備的幫助下研究了這種新材料。在X射線斷層圖像中，他們發(fā)現(xiàn)聚合物中液滴的長度在磁場的影響下變長，并且液體中的羰基鐵顆粒至少部分地沿著磁力線排列。這兩個(gè)因素使測試材料的剛度提高了30倍。 除了較高的力之外，新材料的磁致形狀記憶效應(yīng)具有更多優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)形狀記憶材料會(huì)對(duì)溫度變化做出反應(yīng)。在醫(yī)療應(yīng)用中會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)問題。首先過多的熱量會(huì)損害人體的細(xì)胞。其次無法保證形狀記憶材料的均勻升溫。通過磁場條件激勵(lì)形狀記憶效應(yīng)可以避免這兩個(gè)缺點(diǎn)。 用于醫(yī)學(xué)和機(jī)器人的機(jī)械活性材料 新型復(fù)合材料可以在醫(yī)學(xué)、太空飛行、電子和機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。例如，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，進(jìn)行血栓微創(chuàng)手術(shù)時(shí)可改變通過血管的手術(shù)導(dǎo)管的硬度，減輕患者副作用。在太空探索領(lǐng)域，形狀記憶材料可用于探測漫游車上自行充氣或折疊的輪胎。在電子設(shè)備領(lǐng)域，軟功能材料可用于柔性電源、數(shù)據(jù)電纜或可穿戴設(shè)備。形狀記憶材料也為機(jī)器人領(lǐng)域創(chuàng)造了新的可能性，例如可以在沒有馬達(dá)的情況下執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 文章來源：http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-8160.html
