可在约零下320华氏度自愈的有机晶体引关注 或为航天材料提供新思路

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在模拟深空低温环境的实验条件下,研究人员观察到一种刚性有机晶体在被掰断后能够自行“愈合”。据相关研究与报道描述,该晶体在接近零下320华氏度的温度下仍可完成裂缝闭合与结构重组,而这一温度区间通常会使多数材料因脆裂而失效。

自愈材料过去多见于凝胶、橡胶等软性体系,往往需要加热或引入反应性化学物质才能实现裂纹闭合,并且在低温下性能显著下降。此次被关注的材料将自愈能力扩展到硬质、有序的晶体固体领域,相关报道认为,这类分子晶体在模拟太空的极寒条件下仍能维持并恢复结构完整性,属于不同于传统自愈体系的新类型固体。

研究指出,该晶体的自愈机制并非依赖类似液体的流动或长距离扩散,而更接近沿裂缝界面发生的“拉链式”重新对齐:断裂面在特定晶面上排列并重新锁定,驱动力来自分子在特定平面上的堆积方式及相互作用。论文同时提到,扩散通常受温度控制,低温条件往往会抑制自愈过程,但该分子晶体通过局部重排绕开了这一限制。

在潜在应用层面,报道将其与航天器在轨运行面临的微流星体撞击、辐射与热循环等风险联系起来。裂缝或针孔可能影响任务安全,而现有可自愈材料多为软性聚合物,作为结构材料的适用性有限。若刚性晶体在极低温下仍具备自愈能力,意味着传感器外壳、光学元件等部件在经历热冲击产生裂纹后,可能在无人干预下恢复机械完整性。

报道同时提及,航天领域已有多种自愈技术探索。例如,美国国家航空航天局(NASA)开发的自愈充气外星防护罩Temporary SHIELD,旨在通过自愈材料降低穿刺风险;国际空间站也曾开展微重力条件下的自愈系统实验。与这些方向相比,低温自愈晶体被认为可能将自愈概念进一步延伸至更刚性的结构部件层面。

不过,将实验室样品转化为可用于飞行任务的材料仍面临多重工程门槛。相关报道指出,目前样品体积较小且主要用于研究自愈物理过程,距离规模化制备与工程集成仍有距离。若要进入航天应用,这类晶体还需与复合材料、金属等体系实现集成,并通过发射振动、辐射等环境测试,而不仅限于低温箱内验证。

除航天外,报道认为该类材料在其他极端环境也可能具备应用空间,例如深海装备在高压与低温条件下的材料可靠性问题。相关化学分析提到,类似的分子设计或可针对不同环境进行调节,潜在场景还包括液化天然气基础设施以及需要在接近绝对零度条件下运行的量子设备等。

研究人员正通过结构表征与成像等手段进一步解析其低温自愈行为,以为后续材料设计提供依据。相关报道指出,未来若能在更接近真实任务条件的验证中保持性能,这类可在极寒环境自我修复的晶体材料或将为航天器与其他极端环境装备的可靠性设计提供新的材料选项。


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