纳米缝合让复合材料更轻更坚韧

美国麻省理工学院工程师证明，纳米他们使用新开发的缝合纳米缝合方法可防止复合材料层之间的裂纹扩展。通过在复合材料层之间沉积化学生长的让复“碳纳米管森林”，微小而密集的合材纤维将各层紧紧地固定在一起，就像超强的料更尼龙搭扣一样，防止各层剥落或剪断。轻更相关研究18日发表在美国科学促进会网站上。坚韧

为了节省燃料并减少飞机排放，纳米研究人员正在寻求用先进复合材料制造更轻、缝合更强的让复飞机。这些复合材料由嵌入聚合物片材中的合材高性能纤维制成，片材可堆叠压制成一种多层材料，料更并制成极其轻质且耐用的轻更结构。

但复合材料有一个弱点：层与层之间的坚韧空间，通常需填充聚合物“胶水”，纳米以将各层黏合在一起。如果发生撞击，裂纹很容易在各层之间扩散并削弱材料强度。随着时间推移，复合材料可能会在没有任何警告的情况下突然崩溃。

此次团队在对薄层碳纤维层压板进行的实验证明，与传统聚合物的复合材料相比，通过纳米缝合黏合的各层可将材料的抗裂性提高60%。

纳米缝合的概念涉及“种植”垂直排列的“碳纳米管森林”——碳的中空纤维。每根碳纳米管都很小，以至于数百亿纳米管可以站立在比指甲还小的区域中。为了生长纳米管，该团队使用化学气相沉积工艺，使碳作为微小的支撑物沉积在表面上。这些支撑物最终会被移除，留下一片密集的“碳卷森林”。

研究人员设想，任何采用传统复合材料的车辆或结构都可通过纳米缝合变得更轻、更坚韧、更有弹性。下一代飞机如果采用复合材料与纳米缝合技术结合在一起，可使飞机更安全并具有更长的使用寿命。