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科学家打造具有自适应机械性能的新材料

2020-04-20 11:01:23  来源:cnBeta

据外媒New Atlas报道,珊瑚礁等一些自然有机体具有惊人的适应能力,能够适应不同程度的压力,在需要时利用附近的矿物质进行结构加固。约翰斯·霍普金斯大学的科学家们在实验室里成功地复制了这种适应性矿化过程,展示了一种新型的材料,这种材料可以在施加更多的力时改变其硬度。

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人类的骨骼是一种能够调节自身结构构成的天然材料的一个例子,它通过细胞信号从周围的血液中添加矿物质。珊瑚礁也能以类似的方式发挥作用,在可能受到最大海洋力量的区域增加矿物质,作为生存的手段。

约翰斯·霍普金斯大学大学的研究人员着手开发一种能够以类似的方式工作的材料,引入额外的矿物质作为对额外应力的反应。这要从能够将机械力转化为电荷的聚合物薄膜说起,这种薄膜可以将机械力转化为电荷,而电荷与它们所承受的压力成正比。然后,这些薄膜被放置在一种模仿血浆离子浓度的液体中。他们的想法是,变化的电荷可以作为信号,就像骨骼用来召唤加固剂一样,使矿物质在表面形成。

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研究人员在材料表面的一端固定了一个旨在增加应力水平的光束。结果是,材料受力较大的部分在表面积聚了更多的矿物质,矿物质的高度与施加的应力成正比。

"我们的发现可以为一类新的自我再生材料铺平道路,这种材料可以对受损部位进行自我修复,"该研究的高级作者Sung Hoon Kang说。

通过改变离子液体的成分,研究人员还发现他们可以控制在材料上形成的矿物质的种类,可能赋予它更大的通用性。该团队想象着这种材料的各种用途,包括作为支架来促进骨病治疗或牙科护理用的树脂。Sung Hoon Kang表示:"想象一下,在不需要检查和维护的情况下,在施加高力的地方,可以自我加固的植骨体或牙桥。它将使种植体和牙桥更安全,并发症、成本等最小。"

该研究发表在《先进材料》杂志上。

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