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| 梯度性材料：复合材料的未来 | ||||||||||
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| 复合材料已是在工业上得到广泛运用、人们比较熟悉的一种特殊材料。俄罗斯科学院院士、化学物理研究所所长阿•柏林在俄罗斯著名科普杂志《科学与生活》2005年第一期上撰文指出，21世纪复合材料将朝梯度性材料发展。目前在性能方面，人造复合材料要比大自然创造的天然复合材料差得多，因此，人类还有很多地方要向大自然学习。 阿•柏林指出，人类使用不同材料创造的劳动工具在社会进步中起了重要作用。比如，石器、青铜器和铁器等。最近二三十年里，在聚合纤维基上研制成的复合材料得到了迅速的发展。因此，从某种意义上说，当今社会是复合材料的时代。复合材料具有一系列独特的性质：一方面能够承受相当重的压力，另一方面具有很高的破坏黏性，也就是说，在受到打击的时候不会变成碎片。现代航空技术、宇航火箭技术、造船技术没有复合材料是不可想象的。比如，俄罗斯著名的《白杨－M》导弹就是用复合材料制成的，甚至连火箭发动机的固体燃料也是由复合材料组成的。 阿•柏林认为，复合材料是在制造零配件的过程中产生的，这是因为，新的材料要求新的设计思维。第二次世界大战时就开始使用塑料玻璃了，那时就用它来制造飞机机翼，后来用于制造扫雷艇。但塑料玻璃在军事和民用方面的广泛运用，只是到了上世纪70年代后才开始。但是，未来的复合材料将朝梯度性复合材料发展。梯度性复合材料的性质是从一点到另一点发生变化的。比如，玫瑰的刺，它们是由天然的有机聚合物构成的，也就是说，本质上是由软材料组成的，但由于玫瑰刺的不均匀性结构，而具有不起褶、高强度的特性。还比如，哺乳动物的骨头也是梯度性复合材料，外部很硬，但内部是大孔隙结构。人类已经研制出了类似的复合材料，但大自然创造的要比人类好得多。自然界中的所有结构材料，包括硬的和软的结构材料，都是按照复合材料的原则构成的。比如，木质材料就是由天然的聚合物纤维构成的。因此，人类向大自然学习的地方还多着呢! 阿•柏林认为，智能材料将会在21世纪的前30年里得到进一步发展，这种材料的性质可随着外界环境的变化发生改变。这样的材料已经在航空工业中使用，但目前量少，不普及。另外，塑料瓷砖仍是科研人员努力探索的一种理想材料。普通的瓷砖，也就是烧制的瓷砖很脆，这使它使用范围受到了极大的限制。目前，许多科研机构，包括俄罗斯科学院化学物理研究所正在研制无机材料塑料，这种材料将更容易加工，脆性得到了大大降低。再过二三十年，无机聚合物和无机———有机复合材料将替代许多现有的建筑材料和结构材料。 阿•柏林指出，目前几乎所有的有机聚合物都是从石油和少量天然气中生产的。但石油和天然气的储量是有限的，因此，21世纪前30年里的一个重要方向，是利用再生原料获得聚合物材料。比如，化学纸浆和木质纤维，但它们的再加工是一种具有环境污染的过程。这就需要开发新的环保的再加工技术工艺。和25年前相比，目前的一个比较尖锐的问题，是聚合物材料的降解处理问题。全球聚合物的产量已经超过了金属生产的总量，怎样处理使用过的塑料包装材料？合成聚合物不像天然材料一样能够自然降解分化，被微生物吃掉。因此，聚合物材料科学沿着两个方向发展：第一，研制一种能够在光和热的作用下降解到能够被微生物吃掉的材料；第二，对使用的聚合物材料进行再加工，比如，对使用过的轮胎再加工，但同时希望在再加工的过程中，不会完全破坏化学性质，比如，加工成粉末，再由粉末制成新的材料。 文章出处: 科技日报 |
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