南加州大学的阿维尼·沙阿 信用:Pixabay
飞机是天空的庞然大物；一架商用客机的重量是一只大型加拿大鹅的6000多倍
然而，在500英里每小时的速度下，这些庞然大物并不是不受撞击的影响，即使是看似无害的鹅
这种损害会导致一系列问题，如气压和海拔的波动
南加州大学的研究人员开发了一种新材料，一旦发生这种撞击损伤，就可以修复它
该团队由王启民、斯蒂芬·施兰克(Stephen Schrank)早期职业主席和桑尼·阿斯塔尼(Sonny Astani)土木与环境工程系助理教授领导，创建了三维网格结构——以重复细胞为特征的结构——这些结构将自动从冲击损伤中恢复，首先恢复结构的原始形状，然后修复材料中的致命骨折或断裂
“传统上，网格结构虽然重量轻，但损伤容限低，这意味着如果有冲击，它将很容易扩散，最终损害结构
我们创造的材料具有很高的损伤容限，”王说
这种新材料的特点是强度和刚度高
王说，与传统的自愈材料不同，在骨折的情况下，不需要人工干预
“你不需要把骨折的部分推回到一起，让材料愈合，”王说
“我们新材料的形状记忆特性意味着，在单个粘合点开始愈合之前，断裂的碎片会自动回到原来的形状
" 研究团队包括:南加州大学维特比博士
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学生于、杜、安新、景和峰；桑尼·阿斯塔尼土木与环境工程系教授
Masri陈咏工业和系统工程系教授；密苏里大学机械与航天工程系教授黄国梁
他们的工作发表在《NPG亚洲材料》上
鸟撞上了自愈材料的飞机怎么办？研究人员展示了损伤如何首先纠正形状损伤，然后修复断裂的连接
信用:王启民
自愈、形状记忆和光固化 三维晶格结构不容易制造
王说:“现有的方法——一层一层地层压组装——很费时间
“不过，王说，要能使用三维打印，你只限于特定的材料
这些材料缺乏自主自我修复所必需的特性
为了创造一种具有所有期望特征的新材料，研究人员在先前创新的基础上进行了构建:一种更像橡胶的自愈合材料，其特征是触发自愈合的动态键(二硫键)
当这些键断裂时，施加的热量将它们推回到一起，重新形成原来的键
虽然可以自我修复，但这种类似橡胶的材料太软，承受不了太多的重量
为了结合实现目标所需的特性，研究人员添加了结晶域——具有高刚性和热响应性的聚合物
“这种材料像特氟隆一样坚固
在我们的研究中，我们发现这种材料可以支撑1000倍于自身重量的重量，”王说
当研究人员整合了晶体域，他们还增加了另一个关键属性:形状记忆，这意味着聚合物记住了结构的原始形状
为了实现他们的所有目标，研究人员还添加了丙烯酸酯化学基团(通常用于粘合剂)，这使得材料可光固化，或者当材料暴露在阳光下时具有反应性
这一特性对于立体平版印刷术这种三维印刷技术的使用至关重要，通过这种技术，光使液体材料一层一层地固化，形成固体晶格结构
学分:南加州大学 当冲击损伤发生时，材料通常表现出两种形式的变形:凹痕或形状变化和结构断裂(断裂的结合)
王说，传统上，利用现有的可自我修复的材料，骨折是可以愈合的，但要等到手动重新排列骨折的碎片——基本上将物体推回到原来的形状
有了这种新材料，形状恢复和断裂修复都可以通过加热自动进行
这个过程从影响开始
一旦结构受损，远程加热——在研究中使用80摄氏度(约176华氏度)开始形状修复过程
在这种情况下，研究人员创造了一个侧翼，并在里面砸了一个重物
一旦损坏，就加热
两分钟内机翼的原始形状就恢复了
在持续的高温下，断裂的碎片开始重新结合并愈合
六个小时后，材料恢复到原来的强度和结构
在这项研究中，研究人员用相同的结构完成了十个损伤和愈合周期
即使在第十次循环之后，该结构仍保持了与最初相同的机械完整性水平
飞机、火车和汽车 这些新的网格结构可以用来加固从飞机到汽车的各种交通工具
“发生事故时，修理车身上的凹痕和裂纹总是很麻烦，”王说
“但如果车身由我们新的网格结构制成，这种修复可以自动进行，使车身恢复到原来的形状和功能，而不需要额外的成本或过多的修复时间
" 实际上，王看到这种材料与传感器一起工作
如果传感器受到冲击损伤，就会触发加热器，开始愈合过程
其他应用包括国防车辆，如坦克，或防弹背心/装甲
王说，这种材料可以为关键部件提供更长的使用周期和更好的损伤容限
另一个应用是形状记忆和愈合特性本身的直接结果
王说，如果你把一个结构切割或改变成另一个结构，比如从三角形变成戈薇(以星星为基础的)形状，你可以调整材料，使其呈现出不同的品质，比如阻尼和传递特定的振动频率
一旦这种用途完成，加热将使结构恢复到原来的形状
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