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能自我修复上千次的复合材料面世 有望将航空航天构件寿命延至数百年
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能自我修复上千次的复合材料面世 有望将航空航天构件寿命延至数百年 科技日报讯（记者刘霞）美国北卡罗来纳州立大学科学家研发出一种新型自愈复合材料，可实现上千次自我修复，预计能使飞机机翼、风力涡轮叶片和航天器结构部件的寿命延长至数百年，远超现有材料几十年的设计周期。相关成果发表于新一期《美国国家科学院院刊》。 自愈复合材料结构示意图——显示纤维层、3D打印愈合剂夹层与嵌入式加热层。图片来源：美国北卡罗来纳州立大学 目前广泛使用的纤维增强聚合物（FRP）复合材料，因其轻质高强特性，被广泛应用于飞机、汽车、风力发电机和航天器中。但这类材料长期面临“层间分层”难题，即内部裂纹导致纤维层与树脂基体分离，严重影响结构完整性。自20世纪30年代以来，这一问题始终制约着复合材料的耐久性，传统FRP设计寿命通常仅为15年至40年。 新研发的自愈材料在传统FRP基础上进行了两项关键创新：一是在纤维层间通过3D打印技术嵌入热塑性愈合剂，使材料抗分层能力提升2至4倍；二是集成超薄碳基加热层，通电后可迅速升温，促使愈合剂熔化并流入裂缝，自动修复损伤，恢复原有性能。 为验证新材料的长期稳定性，团队构建了自动化测试系统，在40天内对材料连续实施1000次“破坏—修复”循环。每次实验均人为制造50毫米长的分层裂纹，随后触发加热自愈机制，并检测修复后的承载能力。结果显示，该材料在经历千次循环后仍保持优异性能，抗断裂能力显著优于传统复合材料，且韧性衰减极为缓慢，创下自愈次数的新纪录。 团队表示，在实际应用中，材料仅在遭遇冰雹、鸟撞等突发损伤或定期维护时才启动修复程序。据此推算，此类部件理论上可持续使用达125年以上，甚至在500年内仅需修复4次即可维持功能稳定。 这项技术将大幅降低工业设备的维修成本与能源消耗，减少废弃部件带来的环境污染，对难以返修的航天器具有革命性意义。 |
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