高科技复合材料能否全面取代传统材料？

本篇由材料数据库 Matmatch 的客座作者 Emily Newton 介绍了复合材料这种具有良好前景的材料当前的一些优势与研究状况。

提高可持续性

众所周知，当前全球都在关注气候变化和过度的废物生产等紧迫问题。人们越来越关注开发可持续材料，以取代那些可能会被频繁丢弃的材料。许多生态友好型复合材料可以满足这一需求。

碳纤维复合材料是替代传统金属的颇受欢迎的替代品，用于从飞机零件到高尔夫球杆的所有物品。然而，它们中的大多数一旦损坏几乎不可能修复或回收。

华盛顿大学的研究人员取得的一项新进展可以克服这一缺点。该团队创造了一种新材料，其重量和强度与传统的碳纤维复合材料一样，但如果它出现裂缝，则易于修复。人们可以通过传统方式或基于射频的加热方式反复修复损伤。

这种材料属于一个相对较新的类别，称为碳纤维强化玻璃纤维（vCFRP）。与其他碳纤维复合材料不同的是，这种材料可以在不破坏强度或硬度的情况下进行连接、断开和重新连接。

复合材料的一个优点是它们可以超越其原有性能，比如经过耐热处理的再生木材，就比未处理的性能优异很多。

提高基础工艺

复合材料研究人员与使用人员经常研究如何帮助用户改进他们的工艺。例如，复合材料螺钉是组装装饰板的常见选择，因为它们通常比传统的木质螺钉更密集。它们还具有更细的螺纹和相对较小的头部，使它们更容易打入装饰板。

改进螺丝可以节省劳动力成本，增加获得良好效果的机会，这只是一个例子。加强现有工艺的方法几乎可以在任何阶段变得明显，从设计产品到通过质量检查。

许多正在进行的与复合材料有关的工作涉及未来的应用及工艺方法，如应用机器人技术。例如，劳斯莱斯公司有一个新的专门设施来开发新的复合材料。其中一个方法是使用机器人来帮助制造喷气发动机中使用的复合材料风扇叶片。

每个部件都有大约500层碳纤维材料，每层都是在工厂工人的监督下以完全自动化的方式进行的。机器人在装配线工位之间提升和移动部件，确保平稳、高效的操作。

现有研究人员已经开发出一种复合材料层压板，它可以根据变形情况改变颜色。

他们认为这将允许在早期阶段检测问题，并提醒人们注意可能的材料故障。到目前为止，人们只在实验室里使用过这种材料。然而，如果它像开发者希望的那样运作良好，这项创新可以在许多方面改善工艺流程。

例如，它可以防止工人制造有内部缺陷的复合材料，并最大限度地减少未来的召回。该团队还报告说，他们的新材料由多层组成，具有抗断裂性和轻质性。由于这些是复合材料最理想的特性之一，这项发明可能具有广泛的应用和吸引力。

进一步基于材料的改进

复合材料的另一个优点是，它使工程师和科学家能够开发新的选择，以满足传统选择所不能解决的需求。人们总是在寻找可行的方法来改进产品。复合材料往往为人们指明了前进的方向。

非织造织物是指那些由不需要针织或编织的粘合纤维制成的织物。研究人员最近创造了一种新的复合材料，属于这个类别。他们认为他们的创新可能是医疗产品的理想选择，如绷带和口罩。

测试表明，这种新的织物比传统面料更具吸水性。它在拉伸恢复测试中也表现良好，表明这种材料在重复使用时能保持良好的效果。

其他研究也关注了改变智能手机屏幕上的材料。一个国际研究小组的项目开发了一种玻璃复合材料，可以最大限度地减少屏幕破损，并提供更明亮的显示。这些材料以卤化铅过氧化物为基础，其工作原理类似于微型太阳能电池板，因为它们能捕捉和储存能量。其基本方法是将纳米晶体包裹在多孔玻璃中。

这种方法应该能改善目前用于设备屏幕的纳米晶体技术。从事这个项目的小组提醒说，虽然他们相信他们的技术是可扩展的，但仍有很多工作要做。他们需要找出最好的方法来创造具有所需特性的材料。

这些只是复合材料的众多优势中的一部分，它们让人们对未来的发展感到兴奋。传统材料在众多情况下仍有一席之地，但这些例子显示了与复合材料合作以产生特定结果的好处。通过使用像Matmatch这样的材料数据库，材料工程师可以搜索和展望可以替代传统材料的不同复合材料。

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