纳米新材料可实现软硬随机转换

2011-6-07 13:02 来源: 中国科学院
615 收藏到BLOG

  好莱坞电影中的终结者,能将坚硬的身体变成液态而迅速修复损伤,而事实上,材料的机械性质由电子结构来决定,要从根本上改变很难。但来自德国和中国一个联合研究小组现已为人们带来了这种材料的雏形。据美国物理学家组织网6月2日报道,德国汉堡大学、赫尔姆霍茨联合会盖斯特赫斯勒中心和中国沈阳的金属研究院共同开发出一种神奇的纳米材料,只需按一下按钮,几秒钟内就能改变自身的强度,从坚硬易碎到柔软而有韧性,整个质变过程由电信号来控制。相关研究发表在最新一期《科学》杂志上。

  煮蛋的软硬可以由加热时间来决定,但某些事情一旦确定就不可改变,比如煮硬的蛋无法变软。在制造金属与合金的时候也要面临相似的问题,材料的属性一经设定,整个生产中就无法改变。因此工程师在设计机械属性时,常常面临着鱼和熊掌不可兼得的困境,硬度越大,脆性也就越大,抗损伤的能力也就越差。

  在开发过程中,研究人员将贵金属材料如金或铂放入酸溶液中腐蚀,材料里就形成了微小的管道和孔洞;然后将一种纳米结构材料灌注到整个孔道框架中,同时也让每个微孔都充灌满了可导电的液体(如简单的盐溶液或弱酸溶液),成为一种金属和液体杂交的材料。

  研究人员将这种新奇材料称为金属水联体,其可以通过电信号激发,按一下按钮就可改变材料属性。有外加电流时,金属表面原子键会加强,硬度增加;切断电流则原子键减弱,材料也能变得更软,抵抗损伤的能力更强,延展性也更好。

  研究人员指出,这种新材料的机械性质可在软硬两种状态来回切换。基本上,它也能自发而有选择地生成电信号,所以在压力集中的地方能自动变强硬,还能预防甚至修复断裂损伤。

  汉堡大学材料物理与技术学院教授约格·维缪勒说,该材料目前还处于基础研究阶段,但这是一个巨大进步和转折点,其具有广阔的应用前景,未来有望开发出能自动将一些裂痕瑕疵修复平整的高性能智能材料。