板、飞机和电子电路的一个共同特点是,它们都含有树脂,具有重量轻、强度和高阻性。然而,一旦硬化,这些树脂就不能再被重塑。到现在为止,只有某些无机化合物,包括玻璃,具有这种性能。把这样的属性结合在一种单一的材料中,似乎是不可能的,现在,一个研究小组开发出一种新的化合物,具有这种非凡属性,研究小组的领导是卢德维克•雷布勒(Ludwik Leibler),他是法国科学研究中心(CNRS)和巴黎高科理工化工学院(ESPCI ParisTech)软物质和化学实验室(Laboratoire Matière Molle et Chimie)的研究员。这种新型材料既可修复,也可回收利用,在高温下,可以随意、逆向塑形。0 H& H: z0 W& p0 c2 I; i8 X: R
这一组图表明,如何依次变形和加热,制成复杂形状的物体。
) [' B% Q) d4 {5 Y% r' a6 v | 而且,相当令人惊讶的是,它保留的某些属性,也是有机树脂和橡胶特有的:它很轻,不溶解,不易折断。因为价格低廉又容易生产,这种材料可用于许多工业领域,特别是在汽车,航空,建筑,电子和休闲领域。这项研究发表在2011年11月18日的《科学》上。
4 v( O; I) n% B, m- S X( E取代金属,采用更轻但同样高效的材料,在众多行业是必须的,比如航空航天,汽车制造,建筑,电子和体育产业。由于它特殊的机械强度、热稳定性和耐化学性,这种热固性树脂为基础的复合材料是目前最适合的。然而,这种树脂必须就地硬化,从一开始就使用确定的形状,就是要生产的零件。事实上,一旦这些树脂硬化,就不可能焊接和维修。此外,即使是高温下,也不可能像铁匠或玻璃工那样重塑零件。
4 I( |3 Y9 D3 c, E( I4 |5 Q# U, j这是因为,玻璃(无机二氧化硅)是一种独特的材料:一旦加热,它就会从固态变为液态(玻璃化转变),这是一个非常渐进的过程,意味着它可以形成所需形状,不需要使用模具。构想一种高阻材料,可以修复,又具有无限可塑性,就像玻璃一样,这是一个真正的挑战,无论是在经济和生态方面都是这样。它需要一种材料,要能够在高温下流动,同时不溶解,既不易碎,也不沉重,不像玻璃那样。2 l8 s6 E! A2 n, q3 Z
这些成分都是目前现有的,也是行业中使用的,就是环氧树脂(epoxy resins),固化剂(hardeners),催化剂(catalysts),软物质和化学实验室的研究人员开发出一种新型有机材料,这种材料是用分子网络制成,具有原初属性:在热作用下,这种网络能够重组自身,不需要改变原子间的交联键数量。这种新颖的材料可以从液态变为固态,反之亦然,就像玻璃。到现在为止,只有二氧化硅和一些无机化合物被认为会呈现出这种性能。因此,这种材料的性能就像纯有机硅。即使加热到高过玻璃化转变温度,它也不溶解。+ _8 A0 u3 `3 u/ E# Z# w0 f5 c" \
值得注意的是,在室温下,它类似于或硬或软的弹性固体,这取决于所选择的成分。在这两种情况下,它都具有相同的特点,就像目前工业中使用的热固性树脂和橡胶,也就是重量轻,高阻性和不溶性。最重要的是,它有一个显着的优势超过后者,因为,在热作用下,它可以随意重塑形状,可以修复和回收利用。这一属性意味着,它进行变形所使用的方法,不能设想用于热固性树脂或传统塑料材料。特别是,这可能制成的一些形状,是很难甚至不可能用模塑获得的,或者对于所设想的目的而言,制作模具太昂贵。; _' {" \- T( b$ B: s& t; V
作为复合材料的基础,这种新材料可以毫不逊色与金属竞争,找到广泛用途,应用行业多种多样,有电子,汽车制造,建筑,航空或印刷等。除了这些应用之外,这些发现也意想不到地阐明了一个根本问题:就是玻璃化转变的物理学。2 x9 A; ~# u2 F+ u
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