本征自修复则更依赖材料本身的神奇特性,设计难度极大,且修复速度往往极其缓慢,可能赶不上损伤累积的速度。
实验室里充满了失败的气息。微胶囊要么过早破裂,要么在需要时坚不可摧。修复液要么无法固化,要么固化后性能极差。本征自修复材料的设计更是如同大海捞针。
转机在一次意外的“污染”测试中出现。一位研究员在测试一种新型金属玻璃的抗辐射性能时,不小心将少量用于其他实验的、含有特殊稀土元素和碳纳米结构的催化剂粉末溅到了样品表面。
随后进行的辐射轰击测试中,他们惊讶地发现,被“污染”区域的抗辐射疲劳性能显着提升!电子显微镜图像显示,该区域的辐射损伤点(空位簇)的尺寸和密度,远低于其他区域,仿佛损伤在产生后不久就被部分“填充”或“消除”了!
“是那些催化剂粉末!”萨米尔敏锐地抓住了关键,“它们可能在辐射作用下被激活,成为了原子迁移的‘中转站’或‘催化剂’,促进了损伤区的自我修复!”
他们立刻调整方向,不再追求复杂的胶囊体系,而是专注于研制一种纳米级分散的、辐射激活型催化剂添加剂。
经过无数次的配方调整和辐照实验,一种代号“凤凰石”的纳米复合添加剂诞生了。它由多种稀土氧化物、特定形态的碳纳米材料、以及一种取自月壤的特殊矿物微粒共同构成,经过复杂的处理和活化后,能以极小的比例(不到百分之一)均匀分散在金属、聚合物或陶瓷基体中。
当这种含有“凤凰石”添加剂的新型复合材料接受辐射轰击时,奇迹发生了。
高能粒子造成的损伤依然会发生,但在损伤点周围,“凤凰石”纳米颗粒会被辐射能量“激活”,仿佛变成了微型的“焊点”,极大地促进了周围基体材料的原子或分子向损伤区域的迁移和重排,显着加速了损伤的“退火”和修复过程!
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虽然无法达到瞬间愈合的神奇效果,但却能将材料的抗辐射疲劳寿命延长数倍甚至数十倍!这意味着宇航服的关键部件、月球车的蒙皮、外部传感器的外壳、甚至未来星际飞船的船体,都可以做得更轻、更耐用,维护周期大大延长。
第一批应用“凤凰石”添加剂的新型材料被制成了宇航服关节部位的防护衬垫、月球车外部传感器的外壳、以及几块用于测试的穹顶外部防护板。