德國研發(fā)出可以像蛇一樣蛻皮的面料

弗萊堡大學(xué)正在開發(fā)一種防水材料，它可以通過像蛇一樣蛻皮來修復(fù)自己。

　　防水材料有自潔從擋風(fēng)玻璃到玻璃瓶等任何東西的后一滴糖漿的潛力，但這些材料往往有脆弱的一面。一個(gè)可能的解決方案是制造可以自我修復(fù)的防水涂料，在德國的佛雷堡大學(xué)的JürgenRühe領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組已在這樣做了。它們的超疏水性材料在受損后將其外皮像蛇一樣蛻掉來自修復(fù)。

　　受天然防水表面的啟發(fā)，如對蓮花葉和水黽的發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)開發(fā)了許多不同的超疏水材料。一些成功的是那些使用較大的微觀結(jié)構(gòu)支撐的納米結(jié)構(gòu)涂覆的基材。盡管這種材料很有用，但他們易于損壞并且一道劃痕就足以破壞其疏水性。

　　為了克服這一點(diǎn)，Ruhe的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)由相疊的三層構(gòu)成的新自愈材料。頂層是一個(gè)由聚1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯（PFA）組成的疏水膜，也被稱為“納米草”，它從由它表面伸出的尖銳的，圓錐狀的納米結(jié)構(gòu)獲得疏水性能。在這一層下面是聚乙烯吡咯烷酮（PVP），一種用于各種醫(yī)療應(yīng)用的水溶性聚合物。底層是一個(gè)超疏水薄膜硅納米草。

　　自愈疏水材料的橫截面(來源:美國化學(xué)學(xué)會)

　　這個(gè)想法是，如果頂層被劃開，材料可以被水浸沒滲透到劃痕并溶解中間聚合物層。這使得損壞的頂層松散和脫落，露出下面的新的疏水層。

　　據(jù)該小組說，蛻皮材料仍然在實(shí)驗(yàn)室階段，需要做更多的工作來加強(qiáng)頂層以防止劃傷破壞下層。但如果他們成功了，他們的多層方法可能會引出更具彈性的自潔和防水材料。

　　通過兩步法在碳/碳（C/C）復(fù)合材料上制備自愈合的純SiC涂層，以保護(hù)C/C復(fù)合材料免受氧化。首先，通過氫硅油（H-PSO）的熱分解在基板表面上獲得SiC納米線。第二，通過在氬氣氣氛中高溫浸潤硅來制造厚度為100-200μm的涂層。通過X射線衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）觀察涂層的形貌和相組成。對樣品進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明所得涂層由純SiC組成，并且具有一定的自愈能力。SiC自修復(fù)涂層使得C/C復(fù)合材料的抗氧化性能顯著增加，并且它可使C/C的復(fù)合材料在1400°C的空氣條件下超過4小時(shí)而不氧化，相應(yīng)的質(zhì)量損失只有0.71%。

　　復(fù)合材料由于其高比強(qiáng)度，高比模量，低線膨脹系數(shù)，好的耐磨性，而廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，包括且不限于航空航天，冶金，制藥，生物技術(shù)，化工等行業(yè)。但是C/C復(fù)合材料在370以上°C易于發(fā)生氧化并且超過500°C時(shí)氧化率迅速急速增加。氧化質(zhì)量損失使其性能大幅降低，這限制了其在高溫下的廣泛應(yīng)用.

　　解決這一問題的關(guān)鍵在于提高高溫下C/C復(fù)合材料的抗氧化性能。SiC涂層可以從氧氣中隔離碳材料，從而顯著提高其抗氧化性能。

　　除此之外，它還可以防腐蝕且明顯增加沖擊強(qiáng)度。近年來，大量的努力一直致力于SiC涂層的制備。為了減少涂層和C/C基體之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）的不匹配，研究人員在制備過程中加入了異質(zhì)元素，如Al2O3，CrSi2和MoSi2.14-16。然而，在SiC涂層制備過程中引入的異質(zhì)元素在高溫下可能污染使用環(huán)境，從而在一些應(yīng)用中不能用此涂層。由于其優(yōu)異的性能，如熱穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、高的熱傳導(dǎo)率，SiC納米線有很大的潛力來作為陶瓷增強(qiáng)材料。它們有望為SiC涂覆的C/C復(fù)合材料提供有效的保護(hù)，并確保SiC涂層的純度。

來源：新材料在線

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