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用于空间应用的自修复材料
摘要 近十年来，自修复材料在空间应用领域变得极具吸引力，这是由于其技术的发展以及随之而来的空间系统和结构设计可能性，这些系统和结构能够在与微流星体和轨道碎片撞击、意外接触尖锐物体、结构疲劳或仅仅是由于材料老化而造成损坏后进行自主修复。将这些新材料整合到航天器结构设计中将提高可靠性和安全性，从而延长使用寿命和任务。这些概念将为建立新的轨道站、在月球上定居和人类探索火星带来决定性的推动力，从而实现新的任务方案。本综述旨在介绍最新、最有前景的空间应用自修复材料和相关技术，以及与它们当前的技术局限性以及空间环境的影响相关的问题。在介绍太空探索和自修复概念的前景和挑战之后，简要介绍了空间环境及其对材料性能的可能影响。然后对自修复材料进行详细分析，从一般的内在和外在类别到具体的机制。
用于太空的自修复聚合物 - IRIS Re.Public@polimi.it
太空探索的主要挑战之一是妥善保护宇航员免受太空环境的危害。因此，宇航服是为了在舱外活动期间保护机组人员而设计的，但它们目前无法妥善承受微流星体和轨道碎片 (MMOD) 等撞击造成的损坏，如果被刺破，它们会减压和坍塌，造成灾难性的后果。在这种情况下，将自修复材料整合到宇航服中的可能性引起了科学界的关注，因为它可以实现自主损伤修复，从而提高安全性和使用寿命。然而，太空环境对这些材料的影响仍有待确定，并可能导致其整体性能显著下降。本文介绍的研究重点是应用于宇航服的第一个例子，分析了一组候选自修复聚合物在暴露于模拟太空辐射之前和之后的修复性能。在未辐照的情况下，还对双层膜和以这些聚合物为基质的纳米复合材料进行了比较。本研究还旨在通过将自修复材料的标准表征（例如：划痕、冲击和穿刺测试）与空间辐射对其影响的评估相结合，填补这两个方面的空白。了解辐射是否以及如何影响损伤恢复性能，实际上是确定给定的自修复材料是否真的可以用于太空应用的基础。通过穿刺损伤后的现场流速测量来评估自修复响应。收集最大和最小流速、它们之间的时间以及穿刺后 3 分钟内损失的空气量作为修复性能参数。对于纯材料，然后在伽马射线辐照样品上重复相同的测试，以研究暴露于模拟空间辐射后自修复性能的变化。结果表明，粘性响应较低的系统的修复性能较高，辐照后修复性能会降低。因此，需要进一步分析空间环境对所呈现材料的影响。 NASA HZETRN2015（高 Z 和能量传输，2015 版）软件也用于模拟舱外活动期间银河宇宙射线对航天服的作用。将经典的航天服多层与将标准内胆替换为每种分析材料层的配置进行比较，以确定最有希望的候选者，并确定添加纳米填料是否会显着提高屏蔽能力。
11 – 用于航空航天应用的自修复复合材料
由于金属合金重量轻、机械性能高，复合材料正在航空航天、汽车、船舶和建筑部件等多种先进应用中取代金属合金。因此，开发抗损伤和耐用的复合材料是必要的。当然，纤维基体脱粘、基体微裂纹和冲击损伤是复合材料应用中经常遇到的主要失效模式。此外，复合材料的部署和维护对机翼和尾翼等关键结构部件构成了挑战。因此，先进的材料和方法对于解决这些问题至关重要。使用复合材料的自修复技术似乎很有前景，因为它旨在修复或修复结构中的断裂和损伤起始和/或扩展。自修复复合材料可防止失效并延长关键结构的使用寿命。由于这些材料可以触发几乎自动修复，因此结构的维护可以大大简化，其中一些不需要任何外部干预即可启动修复过程。自修复复合材料能够在损坏开始时自动修复。早期的修复能力发展概念依赖于模仿树木和动物等生物体，这激发了开发自修复材料的研究。过去几十年来，人们一直在研究自修复材料和复合材料，特别是由自修复环氧树脂的发展推动（White 等人，2002 年）。自修复机制可分为两种类型，外在修复和内在修复。外在愈合基于使用愈合剂作为附加添加剂，而内在愈合涉及材料结构中的可逆分子键（超分子化学）。此外，还可以根据愈合方法进行分类，无论是自主愈合还是非自主愈合（即有或没有外部刺激）。开发自修复复合材料的一些众所周知的方法是包含微胶囊、中空纤维或含有愈合剂的血管网络（Blaiszik 等人，2008 年）。自修复也可以通过热激活，使用可逆相互作用或溶解的热塑性聚合物。形状记忆效应也已用于展示自修复特性。
高温应用的自修复陶瓷涂料：机制和性能
自我修复的陶瓷涂层在高温应用中引起了极大的关注，因为它们可以提高暴露于极端热和机械压力的组件的寿命，性能和可靠性。这些涂层提供了减轻通常发生在高温环境中的裂纹，侵蚀和氧化等表面降解和损害的影响的希望。本文回顾了自我修复陶瓷涂料的最新进展，重点是基本机制，材料和性能特征。这项工作还强调了开发自我修复技术的挑战和未来方向，用于在涡轮叶片，排气系统和其他关键的高温组件等应用中使用。
自修复液态金属磁性水凝胶用于智能反馈传感器和高性能电磁屏蔽
EMI 屏蔽效能 (EMI SE) 定义为入射功率 (PI) 与发射功率 (PT) 的对数比，单位为分贝 [S1]，用于评估材料屏蔽电磁波的性能。一般而言，EMI SE（单位为 dB）越高，电磁波穿过屏蔽层的效果越差。EMI SE 实验上由散射参数 S 11 和 S 21 得出，这两个参数由矢量网络分析仪 (N5234B, KEYSIGHT) 在 8.2 – 12.4 GHz 频率范围内测得，它们的关系如下 [S2, S3] 所示：
使用头戴式显示器的自修复神经模型进行电磁头部跟踪的数据预测
摘要：在航空电子设备中，飞行员使用头盔显示器 (HMD) 在护目镜上显示外部环境的同步视图和与飞机相关的重要参数。为了完美同步护目镜上的视图，必须同步外部环境的坐标以及飞行员头部运动的坐标。为了确定飞行员头部运动的坐标，称为头部跟踪的过程起着重要作用。头部跟踪可以使用不同的跟踪技术来执行，例如光学跟踪、磁跟踪或惯性跟踪。在本文中，六自由度 (6-DoF) 磁运动跟踪装置 (Polhemus Patriot TM ) 用于在模拟器床上实时获取飞行员头部运动的坐标。在跟踪器获取过程中，由于铁磁性引起的磁场干扰，数据可能会丢失。为此，我们采用自修复神经模型 (SHNM) 来预测缺失数据。用于恢复的数据有 5200 个头部运动的 6-DoF 样本。SHNM 可实现超过 85% 的准确率来预测三组不同的缺失数据。将所提模型预测数据的准确率与反向传播神经网络 (BPNN) 模型进行了比较，结果发现 SHNM 模型的准确率优于 BPNN 模型
通过组氨酸进行修复：通过咪唑-金属配位的自修复聚合物的生物启发途径
摘要：生物学为自修复工程复合材料和聚合物的开发提供了宝贵的灵感。特别是，从蛋白质生物聚合物（尤其是贻贝足丝）中提取的化学级设计原理为合成聚合物中自主和内在修复的设计提供了灵感。贻贝足丝是一种由极其坚韧的蛋白质纤维组成的无细胞组织，由贻贝产生，以牢固地附着在岩石表面上。在表观塑性屈服事件之后，线表现出自修复响应，以时间依赖的方式恢复初始材料特性。最近对定义这种反应的结构-功能关系的生化分析揭示了基于 Zn 2+ 离子和组氨酸氨基酸残基之间的金属配位键的牺牲交联的关键作用。受此例子的启发，许多研究小组开发了基于组氨酸（咪唑）-金属化学的自修复聚合物材料。在这篇评论中，我们详细概述了目前对足丝自修复机制的理解，并概述了基于组氨酸和咪唑的合成聚合物的当前发展水平。
基于羧胺动态可逆键的快速自修复柔性导热Al2O3@硅氧烷复合材料
由于其导热系数如此之高（30 W mK 1 ），因此来源广泛、价格低廉并且适合于批量填充。它应用于目前商业化的TIM（例如导热垫片和导热凝胶）以提高导热系数。然而，传统的热固性Al 2 O 3 /PDMS复合材料在使用过程中容易受损出现裂纹，损坏后材料的导热系数或其他功能会降低。自修复的概念来自于自然生物的愈合过程。材料在自我修复之后可以保持其性能。如果这些TIM具有自修复能力，可以自动修复其受到的损伤，将有助于长期使用以及增强可靠性和耐用性。材料固有的自修复能力主要通过动态可逆键实现，例如二硫键、20,21 Diels-Alder 反应、22,23
基于羧胺动态可逆键的快速自修复柔性导热Al2O3@硅氧烷复合材料
由于其导热系数如此之高（30 W mK 1 ），因此来源广泛、价格低廉并且适合于批量填充。它应用于目前商业化的TIM（例如导热垫片和导热凝胶）以提高导热系数。然而，传统的热固性Al 2 O 3 /PDMS复合材料在使用过程中容易受损出现裂纹，损坏后材料的导热系数或其他功能会降低。自修复的概念来自于自然生物的愈合过程。材料在自我修复之后可以保持其性能。如果这些TIM具有自修复能力，可以自动修复其受到的损伤，将有助于长期使用以及增强可靠性和耐用性。材料固有的自修复能力主要通过动态可逆键实现，例如二硫键、20,21 Diels-Alder 反应、22,23