众见网一大波新材料横空出世,改变世界超出你想象(第195期)

一大波新材料横空出世,改变世界超出你想象(第195期)

  俄开发有效促进组织再生的新材料

  俄罗斯托木斯克工业大学科研人员,利用化学重氮处理压电聚羟基丁酸酯支架表面以促进成骨细胞生长的技术,开发出一种可有效再生骨骼、皮肤和神经组织的新型材料。

  

  所谓的压电效应是某些材料将机械变形能转化为表面电荷的能力。人体具有许多电感应细胞和压电组织,包括骨骼。现代康复医学中越来越多地使用具有类似于人体组织的压电特性的材料。具有必要性能的压电聚合物很难被水和生物基质润湿,从而阻止了细胞黏附于其表面,有效地促进了组织再生。虽然提高润湿性的常规方法会导致压电效应显著降低,但俄罗斯研究人员开发的聚合物表面改性方法有助于解决这一问题。

  研究人员解释说,人体能够通过细胞过程的电刺激来再生骨骼组织,具有压电特性的植入物可以加速骨骼缺陷骨缺损(如骨折或裂缝)的修复。利用改变植入物表面的方法(使用特殊有机分子的薄层)不仅提高了润湿性和细胞响应能力,而且不会改变基材的压电性能。

  植入物表面存在压电电荷,当与人体组织接触时会形成电场,从而激活某些类型的细胞,以这种方式改性的压电聚合物可以应用于骨骼、皮肤甚至神经组织的康复。

  飞蛾翅膀竟是天然隐形声学超材料

  据《美国国家科学院院刊》近日报道,英国研究人员发现了飞蛾翅膀的精确构造,正是这种构造使该物种能够逃脱6500万年前的“进化军备竞赛”中最麻烦的捕食者。

  布里斯托大学生物科学学院的研究小组使用包括机载横截面成像、声学力学和折光仪在内的一系列分析技术,发现蛾翼上非常薄的鳞片层已经演化出非凡的超声吸收特性,从而为躲避蝙蝠的回声探测提供了隐形的声学伪装。

  

  更加引人注目的发现是,研究人员确定了首个已知的天然发生的声学超材料。传统上,超材料被描述为一种人造复合材料,该材料经过工程设计以显示出超过自然界中可用的物理性能。天然存在的超材料非常稀少,在声学领域从未有过描述。

  通过检查使用超声波断层摄影术捕获的声音的复杂横截面图像,布里斯托大学的最新研究发现,飞蛾进一步迈出了挽救生命的一步,创造出了一种共振吸收器,其厚度要比吸收的声音波长薄100倍,从而使昆虫在保持轻盈的同时,减少蝙蝠探测到其飞行中翅膀回声的可能性。

  最令人惊讶的是,蛾翼还通过添加另一个惊人的功能,发展出一种使共振吸收器吸收所有蝙蝠频率的方法——它们将许多单独调谐到不同频率的共振器组装成一系列吸收器,从而共同创建出可作为声学超材料的宽带吸收器。这是自然界中第一种已知的声学超材料。

  蛾翼超薄结构所获得的宽带吸收性能很难实现,其出色性在于远远超出了目前用于办公室环境吸收声音的传统多孔吸收器所能达到的极限。由此带来的愿景是,科学家或可据此设计出用于家庭和办公室的超薄吸声器“墙纸”,以替代目前使用的笨重的吸声器面板。

  石墨烯助力超稳定可拉伸超级电容器

  

  柔性电子技术的发展需要高性能的柔性储能装置作为能量源来支撑。而在众多的储能装置中可伸缩超级电容器由于其功率密度高、循环寿命长、安全性好而被认为是一种极具前景的候选之一。水凝胶基可拉伸超级电容器因其独特的力学性能赋予其优异的拉伸性能,在这一领域显示出了广阔的应用前景。同时,共轭聚合物由于其独特的赝电容特性和环境友好性,已经作为活性材料进行了大量的研究。但是相对较低的导电性和较差的力学性能严重阻碍了其进一步的应用。尤其是共轭聚合物在充放电过程中反复的胀缩会导致结构的解体。当设备弯曲或拉伸时,这种情况将进一步恶化。因此,为了保持高性能水凝胶基可伸缩超级电容器的导电性和电化学性能,必须对共轭聚合物进行有效的固化,提高其结构稳定性。

  基于以上考虑,来自于中国科学院宁波材料技术与工程研究所刘兆平教授团队通过引入了高导电性石墨烯作为一种更有效的导电促进剂和基底,将聚苯胺(PANI)锚定在基于水凝胶的可拉伸电极中。石墨烯不仅在电极中提供了有效的导电网络,而且由于石墨烯和PANI之间的强大的π-π键相互作用,使得PANI在反复充放电过程中十分稳定。所得到的电极具有500.13mFcm-2的高面积电容,经过10000次充放电循环后,其电容保持率仍为100%。将该电极组装成可拉伸对称超级电容器后也显示出218.26mFcm-2的高面积比电容,即使在150%应变下拉伸容量保留率仍可保持43%,并且在0%至100%反复拉伸2000次循环后也并容量衰减。如此优异的电化学性能显示出高导电性石墨烯在基于共轭聚合物的可拉伸储能装置中的巨大应用潜力。

  矿山设备耐磨、防腐新材料:XK聚脲弹性体喷涂材料

  聚脲材料具有优异的耐磨性能,其优异的耐磨性与喷涂成型常温固化的施工方式结合,为矿山耐磨领域提供了一种全新的解决方案,使得很多现场耐磨材料的修复变的十分方便快捷,也为很多异型件耐磨提供了一种无需模具的施工方式。

  

  XK聚脲喷涂材料具有优越的耐磨性能,其耐磨性是碳钢的10倍以上。与传统的涂料或橡胶衬里相比,XK聚脲喷涂材料具有更好的施工性能,可在结构复杂的表面直接喷涂成型,喷涂厚度无限制,同时节省了昂贵的磨具费用。该技术尤其适合批次多、批量少、机构复杂的设备内衬,也适合于设备的维修,其快速的施工是设备能尽快投入使用,避免了因停工造成的经济损失。

  XK聚脲喷涂材料可用于解决各种环境下的耐磨、防腐问题,典型的应用如:矿砂厂和选煤厂的流槽、滚筒、螺旋集合器、浮选槽、振动进料盘、旋转式圆筒筛架、振动磨、球磨机、选矿机、旋风分离器以及矿山的泥浆输送设备等。

  XK聚脲喷涂材料具有防水、耐化学腐蚀、抗冲击和耐磨性能,同时,又具有高抗张强度和良好的柔韧性、延伸率,能免因基材移动而产生的开裂现象,是矿山设备耐磨、防腐、修补的最佳选择!

  可回收的热塑性复合材料风力涡轮机叶片

  为了实现可回收的风力涡轮机叶片,美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员与合作伙伴一起进行了展示。热塑性树脂的可行性,并已在NREL生产的热塑性复合材料叶片上验证了其结构完整性。

  

  NREL还宣布开发技术经济模型,以探索在叶片中使用热塑性树脂的成本优势。根据NREL的说法,与传统的热固性树脂(例如环氧树脂)相比,用热塑性树脂制造风力涡轮机叶片将使涡轮机叶片更具可回收性,并且还可以使叶片更长,重量更轻且成本更低-更低的成本来自于在室温下固化NREL的热塑性树脂,消除了相关的过程和人工成本。研究人员确定,这种新工艺可以使刀片的制造成本降低约5%。

  NREL在科校园内拥有复合材料制造教育和技术(CoMET)设施。在那里,研究人员设计,制造和测试复合材料涡轮机叶片。他们先前通过制造9米的复合材料风力涡轮机叶片证明了热塑性树脂系统的可行性。他们在演示之后,制造并在结构上验证了一个13米的热塑性复合材料刀片,而不是几乎相同的热固性刀片。这项工作,加上和其他先进复合材料制造创新研究所的工作(IACMI)的合作伙伴展示了摆脱热固性树脂系统的优势。NREL说,热塑性树脂还可以使制造商在现场制造叶片,从而缓解了行业朝着越来越大和更长的叶片发展时所面临的问题。

  来源:科技日报、中宜云控、新材料在线、新科机械设备修复、复材模压网

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