“工程师开发出可在室温下愈合的骨状金属泡沫”

6000年以来，人类一直用金属制造东西。 因为它坚固坚韧。 破坏需要很多能量。 这个属性的另一端需要很多能量来修复这个伤害。 一般来说，修复工艺与使用达到6、6、6,300 f的焊枪来溶解金属有关。

目前，penn engineers首次开发了在室温下修复金属的方法。 他们说他们的技术是愈系的。 因为和骨骼愈合的方法类似，所以从外部募集原材料和能量。

研究由机械工程和应用力学系助理教授james pikul和他的实验室研究生zakaria hsain进行。

刊登在高级功能材料杂志上。

现在，除了将金属溶解成更灵活的形状来修复金属的能源价格外，还有金属零件。 这个补救战略不是选择。 例如，熔融除去金属泡沫多的复杂的内部结构，金属泡沫是由内部空空气袋构成的金属。 这样的支柱和间隙配置可以减少材料的重量，维持整体的强度。

在寻找修复这种多孔金属的方法时，pikul和hsain研究了现有的自修复材料。 这些材料一般由比较柔软的聚合物和塑料制成。

今天自我修复的方法是用不同的化学物质浸渍这些聚合物，在聚合物破裂时释放出来，然后像环氧树脂一样混合，粘接材料。 pikul先生说。 这适用于聚合物。 因为聚合物在流动的同时在室温下比较容易重建。 这意味着强度有限。

为了治愈一般结构上优于聚合物的金属泡沫，pikul和hsain开始寻找感知受损位置的方法。 研究人员注意到，可以采用聚合物层的破坏作为化学信号，而不是为了修复而封装的其他化学物质。

pikul和hsain采用化学气相沉积法，用化学惰性和弹性聚合物parylene d对镍泡沫的各支柱进行了均匀的涂层。 因为该材料的损伤容限略低于镍的损伤容限，样品破损后会先被破坏，下面的金属会露出。 而且，使用电镀，可以只在需要它们的裸露镍上竖立新的镍支柱。

把破碎的样品放入电镀槽。 镍离子通过金属泡沫内的开放结构输送，但只附着在聚合物层被破坏的地方。 图片来源:宾夕法尼亚大学

电镀是一种较低能量的室温技术，最常用于汽车零部件中添加铬，珠宝中添加金。 在前一个例子中，钢圈放置在含铬离子的液体电解质浴中。 施加电压后，钢附近的离子发生反应，在钢上形成均匀的铬金属被膜。

与聚合物不同，金属在室温下不流动。 pikul先生说。 电化学效益是金属离子容易透过液体电解质。 然后用电化学把离子转化成固体金属。 聚合物就像光掩模，只允许离子变成金属泡沫的金属损坏。

pikul和hsain在聚合物涂层镍泡沫厘米级样品的实验中，治愈了3种损伤，直到有裂缝的样品、被几个支柱连接的样品、被切断的样品减半。

愈合损伤需要约4个小时，但作用于通过电镀露出的整个镍上。 修复这个损伤所需的时间与样本的大小无关。

这个室温的做法不是真正的自我修复。 因为需要外部电源和原材料，但pikul认为这与身体自我修复的方法一致。

很多人都说骨头是自我修复的材料，但pikul先生认为，在实践中，我们的材料和骨头非常相似。 骨骼也不是完全独立的。 需要能源，营养成分来自食物。 在我们的系统中，这些营养成分类似于电压和电镀浴。

和骨头一样，修复区域实际上比损伤前强。 因为愈合部位生长着多余的镍。 但是，如果反复采用该技术，新镍的愈后效率将下降。 由于愈合区域没有聚合物涂层，在另一个样本需要愈合的情况下，镍将持续积累。

pikul希望通过进一步研究该技术来提高与生物治疗的相似性。

可以把愈合的电解液整合成金属泡沫，就像我们体内的血液一样。 pikul先生说。 泡沫破裂后，电解质包围断裂区域施加外部电压后，修复金属，外部电压可以从电池中获得。

泡沫无需拆卸或浸泡受损的零件即可愈合。 当相关部件为门、机械臂、空之间的站点部件时，该功能尤为有用。