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新纳米纤维材料兼具高强度和高韧性

作者:  2018年01月11日   来源:科技日报    

  据最新一期《科学·材料》杂志报道,美国麻省理工学院开发出一种被称为凝胶静电纺丝的超细纤维生产新工艺,由此制得的纳米尺度的纤维具有超常的强度和韧性,或可成为防护装甲和纳米复合材料的新选择。

  麻省理工学院化学工程系教授格里高利·拉特利奇表示,材料科学讲究平衡。通常情况下,研究人员在提高材料的某一特性时会看到其他特性的相应下降。强度和韧性就是这样的一对矛盾体。强度越高的材料,韧性越低,其吸收能量的机制遭到破坏而更易破裂。而凝胶静电纺丝技术则破解了这种平衡机制。

  新技术对传统的凝胶纺丝技术进行了改进,加入了电力。由此制成的聚乙烯超细纤维可媲美或超过某些最强纤维(可用于制作防弹衣的Kevlar和Dyneema)的特性。与广泛用于复合材料的碳纤维和陶瓷纤维相比,新制成的凝胶静电纺丝聚乙烯纤维具有类似的强度,但韧性更高、密度更低。

  与传统凝胶纺丝工艺不同的是,新技术使用单级过程取代多级过程,从而得到了具有更高拉伸度的纤维,其直径仅为几百纳米而不是传统的15微米。使用电力取代机械牵拉使制成的纤维更细,从而产生独特的特性。拉特利奇称,由新工艺制成的纤维未来可用以制造更为轻巧和牢固的防护材料。
 

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