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麻省理工学院首次制造出可弯曲的、有形状记忆的微陶瓷 不会破碎
来源:物理学家组织网 | 2013/10/8 12:39:22 | 浏览:1220 | 评论:0

  陶瓷受压时很容易破碎。但现在,美国和新加坡科学家们制造出了一种非常微小的陶瓷,其不仅弯曲后,且具有形状记忆,可广泛应用于生物医学和燃料电池领域。研究发表在最新一期的《科学》杂志上。

  该研究的领导者、麻省理工学院材料科学和工程学教授克里斯托弗·舒解释道,拥有形状记忆意味着,当这种材料被弯曲接着被加热时,它们会回复到原初的形状。上世纪50年代,科学家们首次知道这种拥有形状记忆的材料。舒说:“人们一直认为金属和某些聚合物才具有这种属性,从来没有想过陶瓷也会有。”

  从原理上来讲,陶瓷的分子结构可以使其具有形状记忆,但陶瓷脆弱易碎是个障碍。最新研究表明,让陶瓷能弯曲并拥有形状记忆的关键在于让其变得很小。

  研究人员通过两个关键的方式做到了这一点。首先,他们制造出了肉眼看不见的小陶瓷,接着,再使单个晶粒跨越整个结构,并剔除了晶粒的边界,因为碎裂更有可能发生在这些边界上。最终,他们制造出了微小的陶瓷样本,整个样本的7%可以弯曲变形。研究生阿兰·莱说:“包括普通的陶瓷在内的大多数物品只有1%能弯曲,而我们在最新研究中得到的这些直径仅为1微米的长纤维,其7%到8%能被弯曲而不破碎。”

  最新材料兼具金属和陶瓷的优点。金属的强度更低,但非常容易变形;而陶瓷的强度更大,但几乎无法弯曲,新研发的陶瓷则兼具“类似于陶瓷的强度以及金属的柔软性。”

  舒说,新陶瓷有望用来制造微米和纳米设备;也可以用作生物医学领域广泛使用的微观激励器,触发微小的植入物释放出药物等。

  莱说,最新研究中使用的陶瓷材料由氧化锆制成,不过,同样的技术应该也适用于其他陶瓷材料。氧化锆是“我们研究得最多的陶瓷材料”,而且,也广泛应用于工程领域。氧化锆也被用于燃料电池领域,尽管燃料电池并不需要柔韧性,但拥有柔性会增强其抗破坏能力。

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