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日本材料研究新動向:自我修復

2016/04/20

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  日本的大學和企業正在研究具備自我修復功能的新型材料,當出現裂痕和瑕疵後,該材料依然能夠保持強度。具體來説,飛機引擎使用的高強度陶瓷、汽車車架使用的碳纖維複合材料(CFRP)以及電線等材料將具有自我修復功能。該高性能材料的耐用性得到提高,維護費用將降低,其用途將進一步擴大,有望誕生新的市場。

用於飛機引擎的新型陶瓷材料具有自我修復功能
  日本在碳纖維複合材料領域擁有壓倒性的市佔率,在高性能材料領域佔據優勢。新材料和金屬具備自我修復功能後,將促進高性能材料在高溫高壓等嚴苛環境以及修理困難場所的利用,提升國際競爭力。

  橫濱國立大學副教授中尾航團隊開發出了10分鐘自我修復裂痕的飛機引擎用高強度陶瓷。當材料表面出現裂痕後,高溫空氣將進入並融化陶瓷纖維中的自我修復材料碳化矽,裂痕將被彌合硬化,阻止材料斷裂。

  目前的飛機引擎多為鎳合金材料,如果換成質量更輕的陶瓷材料將降低約15%燃耗。陶瓷材料具備引擎所需的耐高溫高壓性能,但存在比金屬更容易出現裂痕的問題。

  今後,研究團隊將與日本國內的飛機零部件廠商共同試製陶瓷引擎,計劃于2025年左右實施燃燒試驗,力爭推向實用化。

  富山縣立大學副教授真田和昭的研究團隊也與日精技術(Nissei Technica)共同開發出了具備自我修復功能的碳纖維複合材料。

  在碳纖維之間混入裝有粘著劑的膠囊,出現裂縫後,膠囊斷開,粘著劑流出完成修復。10天後將完全凝固,可恢復到原來的強度。預計將用於汽車和飛機的構造材料、以及人造衛星構件等方面。

  早稻田大學副教授岩瀨英治等人開發出了斷線後自我修復的電路。電線表面塗有含黃金奈米粒子的溶液,電線斷開後,黃金粒子被引入斷開部位,填埋縫隙。在實驗中成功修復了4微米寬的裂縫。

  該材料可用於地板之下等不便維修場所的電線,還可在彎折和振動較多的場所發揮作用,比如貼身使用的醫療傳感器和便攜式精密儀器。

  日本塗料生産商關西塗料開發出一種新型保護劑,讓屋頂和牆體上的鐵板具有自我修復功能。保護劑與受損時生成的鐵銹發生反應,形成覆膜從而防止腐蝕。
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