新型智能材料-自修复复合材料的进展.doc

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1、实验名称：新型智能材料指导教师：殷陶学院：建筑与城市规划学院专业：风景园林年级班别：2014级1班学生姓名：梁挚呈学号：论文选题：自修复复合材料的进展智能材料是指能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能的材料。自诊断与自修复是智能材料的重要功能。智能自修复材料的研究是一门新兴的综合科学技术。自修复又称自愈合，是生物的重要特征之一，人们把产生缺陷时在无外界作用的情况下，材料本身自我判断、控制和恢复的能力称为自修复。材料在使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，并由此引发宏观裂缝而发生断裂，影响材料正常使用和缩短使用寿命。裂纹的早期修复，特别是自修复是一个现实而重要的问题。目前

2、，具有自诊断、自修复功能的智能自修复材料已成为新材料领域的研究重点之一，自修复的核心是能量补给和物质补给，其过程由生长活性因子来完成。模仿生物体损伤愈合的原理，使得复合材料对内部或者外部损伤能够进行自修复自愈合，从而消除隐患，增强材料的机械强度，延长使用寿命，在军工、航天、电子、仿生等领域显得尤为重要。智能自修复材料的自修复原理有分子间相互作用的修复机理、内置胶囊仿生自修复机理、液芯纤维自修复机理、热可逆交联反应修复机理。热可逆交联反应修复机理是目前最新的技术。近年来，出现了一种高交联度的真正具有自修复能力的透明聚合物材料，这种材料只要施以简单的热处理就可以在材料需要修补的地方形

3、成共价键，并能多次对裂纹进行修复而不需添加额外的单体。文献以呋喃多聚体和马来酰亚胺多聚体进行DielsAlder（DA）热可逆共聚，形成的大分子网络直接由具有可逆性的交联共价键相连，可以通过DA逆反应实现热的可逆性。这种材料的力学性能可与一般的树脂如环氧树脂和不饱和聚酯材料相媲美。对缺口冲击产生的裂缝进行简单的热处理后，界面处仅能观察到细微的不完善，修复效率可达到57%。该理论还在完善之中，但这种在聚合物网络中引入热可逆共价键以实现修复作用的方法为我们探求材料的修复之路提供了新的思路。自修复材料按机理可分为两大类：一类主要是通过加热等方式向体系提供能量，使其发生结晶、在表面形成膜

4、或产生交联等作用实现修复；另一类主要是通过在材料内部分散或复合一些功能性物质来实现的，这些功能性物质主要是装有化学物质的纤维或胶囊。现有的自修复材料有陶瓷混凝土基自修复复合材料、聚合物基自修复复合材料、金属基自修复复合材料、混合磨损自修复材料。 一、陶瓷混凝土基自修复复合材料，以混凝土材料为基体，用内含粘结剂的空心胶囊、空心玻璃纤维或液芯光纤等埋植在其中，当混凝士材料受到损伤时，部分空心胶囊、空心玻璃纤维或液芯光纤破裂，粘结剂流到损伤处，使混凝土裂缝重新愈合。这一技术被广泛地应用在公路、地基、桥墩等建筑物中。DayCM等将装入化学药品的多孔玻璃纤维放置在混凝士中，如果混凝土因地震

5、或其他应力而发生破裂，空心玻璃纤维就会破裂，释放出一种粘合剂阻止进一步的破裂。三桥博三等人用水玻璃和环氧树脂等材料作为修复剂，将其注人空心玻璃纤维并掺入混凝土材料中，测试不同修复时间下，不同修复剂在开裂修复后，混凝土材料的强度回复率。赵晓鹏等以水泥为基体，加钢丝短纤维组成复合材料，同时嵌入玻璃空心纤维，在其内部注入缩醛高分子溶液，分层浇注，固化后浇水养护4天。在材料试验机上进行三点弯曲试验，当基体出现裂纹即停止加力，发现有部分纤维管破裂，修复剂流出，经一段时间后，裂口处可重新粘合。影响混凝土材料的修复过程及修复效果的主要因素有：（1）纤维管与基体材料的性能匹配。基本要求是在基体材

6、料出现裂纹时，纤维管也要适时破裂；（2）纤维管的数量。太少不能完全修复，太多则可能对材料本身的宏观性能带来不良影响；（3）修复剂的粘结强度。它决定着修复后的材料强度与原始材料强度的比值。此外，粘结质量、粘结剂的渗透效果、管内压力也对自修复作用产生很大影响。   另一方面，近年来有关陶／炭复合材料抗氧化自修复行为的研究也是国内外研究的热点。这种高温自愈合抗氧化性是指弥散在复合材料中的炭化物、硼化物等陶瓷粒子在高温和氧化性气氛中能够氧化成膜以封闭炭材料的表面，起到自我保护的作用，从而在很大程度上抑制或完全阻止氧化反应的发生，赋予陶／炭复合材料很好的高温抗氧化性能。二、聚合物基自修复复

7、合材料，目前，随着聚合物及其复合材料的力学性能的大大提高，其已从日用品材料进入结构和功能材料的行列，但在使用过程中及周围环境的作用下，聚合物材料不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，导致力学性能下降或功能丧失。因此，对微裂纹的早期发现和修复是一个非常实际的问题。肉眼能发现的分层或由冲击所导致的宏观裂纹不难发现，并能通过手工修复。超声波和射线照相术等无损检测是常用的观察内部损伤的技术手段。但由于这些技术的局限性，加上聚合物的裂纹往往在本体深处出现，如基体的微开裂等微观范围的损伤就很难被