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利用扫描电镜开发新材料

 发布时间:2017-12-06 点击量:1368

新一代材料的技术规格使我们的生产技术达到了一个全新水平,帮助我们创造出过去不可能实现的产品。这些材料是材料科学不断创新的产物,并且只有在复合材料的发明并将其引入工业领域的条件下才能实现。

 

这篇文章描述了这些新材料是如何被开发的——同样重要的是:如何分析它们的化学成分,以及它们的性能。

 

如何开发和保留复合材料的优异性能

 

某些材料具有一些优异的性能,可以地配合特定的应用。 不幸的是,有时候受环境的影响,不能轻易地使用这些材料。它们往往需要不断的更换,减少了它们在使用上所具有的优势。

 

通过开发多层结构,或者喷镀涂层,这些精致的复合材料可以被有效保护并投入使用。

 

图1:涂覆不同材料的玻璃片

 

例如,在厚板中引入纳米纤维可以有效提高其抗牵引力、抗弯曲或扭转力。这些材料通常有一个特征,就是基体((材料的外部,直接暴露于应力之下))是由网状纤维构成的。当应力作用于材料时,就会转移到纤维上。纤维利用弹性形变,可以很容易地处理施加的应力。一旦应力消除,纤维就会把材料带回到原始状态。

 

这种应力转移过程导致了自我修复材料的产生。一个典型的例子是一些智能手机的塑料外壳,当刮伤时,可以在几分钟内恢复。如果划痕不太深,它甚至会完全消失,使你的手机不容易刮花,长期保持全新。

 

这些材料的生产,需要更先进的生产技术,因此往往需要投入大量资金。值得一提的是,科学家们已经把注意力集中在如何将应力从基体转移到纤维上,而不破坏基体的结构。科学家们考虑并研究了几种不同的解决方案,如制造出一种复杂的纤维骨架,或在纤维上涂覆别的材料,以促进剪切应力在纤维-基体界面上的传递。

 

图2:不同编织方式的纤维的SEM图:不同类型的纤维编织具有不同的抗拉强度。根据不同的应用来选择合适的编织技术。

 

如何检测和分析新一代复合材料

 

当这些研究在纳米级材料上进行时,需要使用到电子显微镜来进行分析和测量。使用飞纳台式扫描电镜(Desktop SEM),既可以快速测量并统计纤维直径,还可以观察它们在结构上的变化。同时,也可以对涂层的质量和化学成分进行局部分析,以验证纤维与基体的结合是否是*的。这可以用能谱分析(EDS)来完成。

 

另外,复合材料并不是近期的发明。居住在欧洲大陆的居民在古代就已经将不同种类的材料混合并用于装饰或别的用途。例如,考古发现,在德国Speyer大教堂的*陵墓的陪葬品中,里面的纺织纤维与金线混合在一起。

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