由于碳纖維復(fù)合材料強度高、重量輕，正逐漸取代金屬，推動各種產(chǎn)品和應(yīng)用的發(fā)展，從飛機到風力渦輪機再到高爾夫球桿。但有一個問題，一旦損壞或受損，最常用的碳纖維材料幾乎不可能修復(fù)或回收。

在本周發(fā)表在Carbon雜志上的一篇論文中，一個包括 UW 機械工程助理教授 Aniruddh Vashisth 在內(nèi)的研究小組描述了一種新型的碳纖維增強材料，它與傳統(tǒng)使用的材料一樣堅固、輕便，但可以反復(fù)加熱修復(fù)，扭轉(zhuǎn)任何疲勞損傷，并提供一種方法，在它達到使用壽命時將其分解和回收。

開發(fā)抗疲勞復(fù)合材料是制造業(yè)的主要需求，Vashisth 說，在本文中，我們展示了一種材料，可以使用傳統(tǒng)熱源或射頻加熱來無限期地逆轉(zhuǎn)和推遲其老化過程。

該材料是最近開發(fā)的碳纖維增強玻璃體 (vCFRP) 組的一部分?，F(xiàn)在通常使用的材料，無論是體育用品還是航空航天，都是碳纖維增強聚合物 (CFRP)。

傳統(tǒng)的 CFRP 通常分為兩類：熱固性或熱塑性。“固定”品種包含環(huán)氧樹脂，一種類似膠水的材料，其中將其固定在一起的化學鏈接會永久硬化。“塑料”版本包含一種較軟的膠水，因此可以將其熔化并重新加工，但這成為高強度和剛度的缺點。另一方面，Vitrimers 可以鏈接、斷開和重新鏈接，在兩者之間提供一個中間地帶。

想象一下，這些材料中的每一種都是一個擠滿人的房間，”Vashisth 說。“在熱固性房間里，所有人都手牽著手不放手。在熱固性房間里，人們握手并四處走動。在玻璃化室里，人們與鄰居握手，但他們有能力交換握手并建立新的鄰居，以便互連的總數(shù)保持不變。這種重新連接是材料得到修復(fù)的方式，本文是第一個使用原子級模擬來了解這些化學握手的潛在機制的論文?！?/p>

研究小組認為，玻璃質(zhì)體可能是目前由熱固性材料制造的許多產(chǎn)品的可行替代品，因為熱固性復(fù)合材料已開始堆積在垃圾填埋場中，因此急需這種材料。該團隊表示，可修復(fù)的 vCFRP 將是向動態(tài)材料的重大轉(zhuǎn)變，在生命周期成本、可靠性、安全性和維護方面具有不同的考慮因素。

“這些材料可以將塑料的線性生命周期轉(zhuǎn)化為循環(huán)生命周期，這將是朝著可持續(xù)性邁出的重要一步，”倫斯勒機械、航空航天和核工程教授 Nikhil Koratkar 說，他是理工學院 (RPI) 和 Vashisth 新論文的合著者之一。

除了Koratkar和Vashisth，研究團隊還包括RPI的Mithil Kamble和Catalin Picu教授，以及北京化工大學的楊宏坤和王東教授。