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東南大學(xué)張久洋教授Matter: 基于生物自修復(fù)策略的高模量多相金屬及其聚合物復(fù)合材料
  發(fā)布日期:2022-11-09

自愈材料具有從物理損傷中自主恢復(fù)的內(nèi)在能力,廣泛應(yīng)用于汽車配件、電子產(chǎn)品、機(jī)器人和醫(yī)療設(shè)備。然而,如何平衡材料的力學(xué)性能和愈合性能是一個(gè)挑戰(zhàn)性的難題。機(jī)械強(qiáng)度所需的高剛性與修復(fù)損傷所需的高擴(kuò)散性相沖突。因此,在溫和條件下自動(dòng)愈合的材料表現(xiàn)出的力學(xué)性通常難以滿足工業(yè)的需求。相比之下,在漫長的進(jìn)化過程中,動(dòng)植物發(fā)展出了“體液滲出 - 營養(yǎng)運(yùn)輸 - 組織再生 (emulsion Exudation – nutrition Transportation – tissue Regeneration, ETR)”的通用自修復(fù)策略,實(shí)現(xiàn)了生物條件(20 – 40 oC)下高模量組織的自愈合。

受到生物自修復(fù)策略的啟發(fā),東南大學(xué)張久洋教授團(tuán)隊(duì)成功地實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度多相金屬的自修復(fù)。這種多相金屬(Heterophasic Metals)不僅具有液相,而且還有一定含量的固體。有趣的是,多相金屬中固相和液相共存的結(jié)構(gòu)類似于生物組織中的細(xì)胞。獨(dú)特的堆積結(jié)構(gòu)使其具有理想的模量(E > 1 GPa),同時(shí)液相的存在使固體界面之間保持較高的遷移率。類似生物的ETR策略,受損的多相金屬材料(ETR-M)可以通過 “液體滲出、營養(yǎng)輸送和固體結(jié)構(gòu)再生”完全恢復(fù)(修復(fù)效率> 99%)。相關(guān)工作以題為“Biological Self-healing Strategies from Mechanically Robust Heterophasic Liquid Metals”的論文發(fā)表在頂級材料學(xué)期刊《Matter》上。論文的第一作者為博士生彭燕;張久洋教授是論文的唯一通訊作者,東南大學(xué)為通訊單位。該研究成果得到國家自然科學(xué)基金(52173249, 21774020)的資助。

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