这听起来像是科幻电影中的东西,但自我修复汽车的想法可能并不像看起来那么狂野和未来主义。尽管能够自我修复的机器还有很长的路要走,但材料工程师一直在开发技术,可以很快使这种幻想成为现实。

自愈材料如何发挥作用?

制造可以自我修复的材料最广为人知的方法是将小胶囊的修复剂嵌入材料本身。当材料损坏时,胶囊破裂并释放修复物质。然而,胶囊尺寸在此设计中至关重要,因为如果它们太大,材料将被削弱。它们也只能使用一次,如果材料可能会反复损坏,这并不理想。

然而,工程师们创造了通过血管网络工作的自愈材料,类似于叶子上的静脉。在这些微血管材料中,当出现裂缝时,愈合剂流过血管网络并愈合破裂。这已被证明是有效的,但它也是一种较慢的材料修复方法。

制造可用于汽车行业的自愈材料时面临的一个挑战是,制造具有这些特性的金属要困难得多。许多车辆零件由金属制成,但由于金属的化学结构及其原子结合的方式,很难制造出自修复金属。因此,设计工程师通常将研究重点放在聚合物上。

永远不会被划伤或可以自行修复损坏的汽车可能会在未来几十年内上路

对自修复聚合物的研究取得了突破性的成果。现在有可能拥有一种即使在损坏后也能恢复其先前特性的智能聚合物。更令人兴奋的是,材料科学家已经能够开发出称为本征聚合物的智能聚合物,可以在没有外部刺激的情况下自我修复。这些本征聚合物具有特定的可逆化学键,这意味着它们可以恢复其原始特性。

实际应用

所有这些发展都是有希望的,但问题仍然是,自我修复材料的这些早期步骤如何不仅仅是来自实验室的好奇心。因此,许多研究人员正在探索他们的发展的实际应用。例如,研究人员正在研究空间探索和深海环境中自修复聚合物涂层的潜力。在这些情况下,涂层将大大降低维护成本,因为这些地方很难进行维修工作。

这些涂料是为极端环境而设计的,但如果在这些领域取得成功,这些产品很可能会在其他领域提供。一些正在设计的涂层是防腐蚀的,而另一些则是抗划伤的。这些功能对于前往外太空和海底旅行显然很有用,但它们也有利于在不太极端的条件下运行的车辆。

汽车喷漆是汽车维修成本增加的主要原因之一。如果自修复聚合物涂层的发展可以制造出能够承受轻微划痕和抗腐蚀的油漆,这可能会影响汽车运营商在维修上的花费。即使是这么简单的事情也有可能延长车辆的使用寿命,这对用户来说是个好消息。

自愈材料可以彻底改变车辆和路面

可逆化学键也是另一项技术进步的核心。研究人员在美国哈佛大学已经开发出一种硬朗,自愈橡胶。为此,他们通过创建分子绳将共价键和可逆键结合在一起。结果是一种透明的橡胶,它通过在材料周围分布应力来自我修复。

当橡胶破裂时,通常是因为应力集中在某一点。自修复橡胶的分子组成可防止这种情况发生,因为该材料通过裂纹网络将应力分散到周围,裂纹本质上是由纤维线连接的裂纹。通过让应力更均匀地分散在物质中,自修复橡胶能够更好地应对施加在其上的力。

自修复橡胶具有许多潜在的实际应用。它可以用来制造永不折断的橡皮筋,但研究人员指出的主要用途是轮胎。由这种橡胶制成的轮胎将能够承受比目前可用的轮胎更大的压力,并且即使在极端环境下也可能使用寿命更长。甚至有人建议,如果轮胎碰巧被割伤,如果它是由自修复橡胶制成的,则不需要立即更换。

这听起来像是科幻电影中的东西,但自我修复汽车的想法可能并不像看起来那么狂野和未来主义

但也许我们需要将目光投向汽车本身以外的自我修复材料。在考虑改进材料科学时,路面很容易被忽视。然而,最近的发展意味着,除了具有自愈特性的汽车,道路在未来也可能表现出这些特性。

在一个有希望的发展中,科学家们为一种自修复混凝土申请了专利。Hendrik Marius Jonkers 的混凝土包含产生石灰石的细菌,使路面能够自我修复。因此,未来的道路有可能填补自己的坑洼。2020 年英国的坑洼维修费用估计为 13 亿英镑(18.4 亿美元),因此开发一条自我修复的道路不仅可以提供更顺畅的驾驶体验;它可以降低维修成本并有可能延长车辆的驾驶寿命。

在自愈材料领域,科学似乎正在尽最大努力赶上小说。然而,它还没有。在此之前,设计工程师应该努力选择最适合其项目需求的材料。设计工程师需要简单的方法来研究和比较各种材料以选择最有效的材料,而 Matmatch 等材料数据库可以提供帮助。

例如,诸如 ForTii 11 之类的聚酰胺材料可为汽车电子部件提供最佳韧性。这种高温聚酰胺含有无卤和含卤阻燃剂,在恶劣的环境中表现良好。它最大限度地降低了开裂的风险,并提高了产品在热冲击老化方面的可靠性。

可以自我修复的未来派汽车可能还无法购买,但对自我修复材料的研究每年都在取得进展。未来几十年,永远不会被划伤或可以自行修复损坏的汽车可能会在道路上行驶。尽管该技术仍在开发中,但材料科学家和工程师正在将科幻小说中的东西变成科学事实。

原文链接:https://www.automotiveworld.com/articles/self-healing-materials-to-shape-the-cars-of-the-future/

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