能自我修復上千次的複合材料面世

美國北卡羅來納州立大學科學家研發出一種新型自癒複合材料，可實現上千次自我修復，預計能使飛機機翼、風力渦輪葉片和航天器結構部件的壽命延長至數百年，遠超現有材料幾十年的設計周期。相關成果發表於新一期《美國國家科學院院刊》。

目前廣泛使用的纖維增強聚合物(FRP)複合材料，因其輕質高強特性，被廣泛應用於飛機、汽車、風力發電機和航天器中。但這類材料長期面臨“層間分層”難題，即內部裂紋導致纖維層與樹脂基體分離，嚴重影響結構完整性。自二十世紀三十年代以來，這一問題始終制約着複合材料的耐久性，傳統FRP設計壽命通常僅為十五年至四十年。

新研發的自癒材料在傳統FRP基礎上進行了兩項關鍵創新：一是在纖維層間通過3D列印技術嵌入熱塑性癒合劑，使材料抗分層能力提升兩至四倍；二是集成超薄碳基加熱層，通電後可迅速升溫，促使癒合劑熔化並流入裂縫，自動修復損傷，恢復原有性能。

為驗證新材料的長期穩定性，團隊構建了自動化測試系統，在四十天內對材料連續實施一千次“破壞—修復”循環。每次實驗均人為製造五十毫米長的分層裂紋，隨後觸發加熱自愈機制，並檢測修復後的承載能力。結果顯示，該材料在經歷千次循環後仍保持優異性能，抗斷裂能力顯著優於傳統複合材料，且韌性衰減極為緩慢，創下自癒次數的新紀錄。

團隊表示，在實際應用中，材料僅在遭遇冰雹、鳥撞等突發損傷或定期維護時才啟動修復程式。據此推算，此類部件理論上可持續使用達一百二十五年以上，甚至在五百年內僅需修復四次即可維持功能穩定。

這項技術將大幅降低工業設備的維修成本與能源消耗，減少廢棄部件帶來的環境污染，對難以返修的航天器具有革命性意義。

月 比