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功能仿生建材

功能仿生建材

功能仿生建材的目的是使人造的材料具有或能够部分实现高级动物丰富的功能,如思维、感知等,也就是说能够研制出智能化材料。

生物有机体的显著特点之一是具有再生机能,受到破坏以后机体能自行修补创伤。骨是具有自修复和自适用特性的一个范例,图1所示为骨自修复过程。骨折后断裂处血管破裂,血液由血管的撕裂处流出,形成以裂口为中心的血肿,继而成为血凝块,称为破裂凝块,并初步将裂口连接(图1a);接着形成由新生骨组织成骨痂位于裂口区内和周围(图1b);与此同时,裂口内的纤维骨痂和内外骨痂合并,在成骨细胞和破骨细胞的共同作用下将原始骨痂改造成正常骨

1 骨的自我修复过程

人们从生物体系统中得到启示,希望在混凝土结构中得到与生物体中相类似的修复系统,当混凝土中出现裂缝或损伤时,能够触发一种自动的修复反应,自动愈合。现已经发展好集中裂缝仿生自修复技术,图2为混凝土自修复技术流程图及相关的问题。

其一为封闭裂缝自修复。形状记忆合金性能稳定,电阻率大,对应变敏感,可恢复应变大;当恢复收到约束时能产生较大的恢复力。利用形状记忆合金的这些特性,将形状记忆合金或聚合物预埋在混凝土结构中易产生裂缝的部位或构件,可制成裂缝自监测、自修复机敏混凝土。

其二为填充裂缝自修复。在混凝土中布置许多细小纤维(或多孔的形状记忆合金)管道,管中装有修复剂(交联聚合物或溶剂),或在混凝土中掺入内含修复剂的空心胶囊,在外界环境作用下,一旦混凝土开裂或出现损伤,内装的修复剂流出渗入损伤处,填充裂缝,并在两裂缝面之间形成黏结,使其愈合。