工程师让金属泡沫像骨骼一样“自愈” 适用于车门、空间站组件等

据外媒报道，6000年来，人类一直在使用金属制造东西，因为金属坚固耐用，需要特别大量的能量才能被摧毁。但与此同时，一旦金属受损，也需要大量的能量才能修复。通常，修复金属的过程包括使用焊炬在高达6300华氏度的温度下熔化金属。

然而，现在美国宾夕法尼亚大学的工程师已经开发出一种在室温下修复金属的方法，称为“愈合”方法，因为它与骨骼愈合相似，需要从外部来源获得原材料和能量。这项研究是与机械工程与应用学助理教授James Pikul和他的实验室研究生Zakaria Hsain合作进行的。除了一些金属维修需要将其熔化成更灵活的形式，这会导致能源成本外，一些金属部件甚至不能采用这种维修策略。例如，熔化会破坏金属泡沫复杂的内部结构，而金属泡沫是一种含有泡沫孔隙的特殊金属材料。这种类型的金属内部有间隙，可以在保持整体强度的同时减轻材料重量。在探索修复这种多孔金属的方法时，Pikul和Hsain研究了现有的“自修复”材料，这些材料大多由相对柔软的聚合物和塑料制成。皮库尔说，如今，人们使用“自我修复”的方法将不同的化学物质注入聚合物中。当聚合物破裂时，化学物质会释放出来，像环氧树脂一样混合在一起，从而将材料粘合在一起。这种方法适用于“愈合“聚合物，因为它们可以流动，在室温下相对容易重塑，但这也意味着聚合物的强度有限。

为了修复金属泡沫，研究人员首先需要找到一种方法，让他们“感觉”自己被损坏的地方。然而，金属泡沫通常具有比聚合物更好的结构财产，因此研究人员意识到，聚合物层的断裂被视为一种化学信号，而不是将其他化学物质封装在聚合物中进行修复。研究人员使用化学气相沉积技术，在泡沫镍的每个支撑结构上均匀地涂上一层聚对二甲苯D，这是一种化学惰性和弹性聚合物。由于这种材料的损伤容限略低于镍，因此当样品受损时，材料会首先断裂，露出下面的金属。然后，研究人员可以仅在需要的地方使用电镀技术在暴露的镍上创建新的镍支撑结构。电镀是一种低能耗的室温技术，最常用于在汽车零件上镀一层铬或在珠宝上镀一金。例如，将钢制轮辋放置在含有铬离子的液体电解质浴中，当施加电压时，钢附近的离子会发生反应，并在钢表面形成均匀的金属铬涂层。皮库尔说：“与聚合物不同，金属在室温下不会流动。电化学技术的优点是金属离子可以很容易地穿过液体电解质，然后利用电化学技术将离子转化为固体金属。这种聚合物的行为与光刻掩模相同，只允许离子在金属泡沫破裂的地方变成金属。研究人员进行了厘米级的实验。在带有聚合物涂层的泡沫镍样品上，三种类型的金属损伤被“治愈”“：有裂纹的样品，被拉开的样品，只有几个支撑结构连接的样品，样品一分为二。此外，由于只在暴露的镍上使用电镀技术，损伤仅在4小时内修复，修复损伤所需的时间与样品的大小无关。尽管这种“愈合”的方法“在室温下不是真正的”自我修复方法“由于它仍然需要外部电源和原材料，Pikul认为这种方法类似于人类骨骼的自我修复方法。就像骨骼自我修复一样，金属的修复区域变得比损伤前更强，因为在愈合区域生长了额外的镍。然而，当重复使用这项技术时，新的镍会降低愈合效率，因为愈合区域的聚合物涂层，只有镍继续在那里积聚。Pikul希望通过进一步的研究来增加这项技术与生物疗法之间的相似性。这种金属泡沫可以在没有r的情况下“愈合”……

移动损坏的部件，非常适合用于门、机械臂或空间站部件。

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