新型自我修復材料研究進展與仿生結構增韌機制

新型自我修復材料因廣泛的應用前景備受關注，其應用領域涵蓋軍用裝備、電子產品、汽車、飛機、建筑材料等多個行業。這類材料的修復機制主要分為兩類：一類是通過在材料內部嵌入微容器（如存儲愈合劑的微囊或中空纖維），在損傷發生時借助外界條件刺激實現自發修復；另一類則利用具有自愈合特性的可逆聚合物材料，通過可逆共價鍵或非共價相互作用修復界面物理/化學損傷。

微波輻射修復新技術
微波輻射作為一種創新修復手段，具有加熱速度快、能耗低、改善材料物理性能等優勢。其工作原理是通過材料與高頻交變微波場的耦合（包括介電損耗和磁損耗）產生熱量。在TPU（熱塑性聚氨酯）中添加微波耦合材料（如石墨烯、碳納米管），可實現非接觸式損傷愈合。石墨烯與碳納米管作為先進碳納米材料，不僅具備超高機械強度，混合使用還能提升在聚合物中的分散性，增強復合材料力學性能。更重要的是，二者與微波存在強烈相互作用，表現出優異的微波吸收性能，可顯著促進TPU復合材料在微波輻射下的愈合過程，并可能改善其力學性能。

聚酰胺（尼龍PA）的增強解決方案
聚酰胺雖具有高柔韌性，但易吸濕導致彈性模量下降，且強度相對較低，限制了其應用。碳纖維作為理想增強相，不僅力學性能優異，還能高效耦合微波能量。Markforged公司生產的Onyx線材通過內置大量短碳纖維，實現了結構裂紋的自修復，延長了材料服役壽命。

仿生交叉疊層結構增韌機制研究
受鳳凰螺殼體交叉疊層結構啟發，研究團隊以短碳纖維增強尼龍復合材料為原料，采用3D打印技術制備了不同層間夾角的仿生結構。通過準靜態拉伸測試、有限元模型及理論模型分析，揭示了該結構的強韌化機制：拉伸載荷下，層間夾角作為唯一變量，顯著影響層內應力分布，導致二級結構拉伸斷裂、層間撕裂及剪切破壞等復雜失效模式，進而影響強度與能量吸收特性。通過優化層間夾角，可實現結構在載荷作用下的自適應調整與多失效模式協同作用，充分釋放材料性能潛力。邏輯分段、關鍵詞加粗、技術要點分點陳述，實現了從基礎原理到應用案例、從材料特性到結構優化的系統性排版優化，既保證了專業信息的準確性，又提升了可讀性與條理性。

上一篇：3D打印復合材料力學優化與自修復探索
下一篇：3D打印技術發展、應用與材料創新