哈佛大学创新研究：新型橡胶材料抗裂技术取得突破

12月21日消息，哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)近期取得重大突破，其研究团队在力学与材料教授索志刚的带领下，开发出了一种新型橡胶材料。这种材料通过独特的“多尺度方法”，显著提高了橡胶在重复使用过程中的抗载荷和抗裂纹能力，有望革新轮胎和其他橡胶制品的性能和寿命。哈佛大学的最新研究成果显示，橡胶制品通常包含炭黑和二氧化硅等刚性颗粒，这些被用作增强材料，广泛应用于轮胎、胶管和减震器等产品。尽管这些颗粒能增加橡胶的刚度，但并未能有效提升材料在循环拉伸时的抗撕裂性，即疲劳阈值。研究表明，自20世纪50年代起，颗粒增强橡胶的疲劳阈值并未有显著改进。据了解，哈佛大学研究团队此前已通过延长聚合物链和增强缠结密度，成功提升橡胶的疲劳阈值。在最新的研究中，团队在高度缠结的橡胶分子中融入了二氧化硅颗粒。这一创新假设旨在通过补强颗粒增加刚度，同时不影响疲劳阈值。然而，实验结果出人意料地显示，颗粒的添加不仅提高了刚度，更将疲劳阈值提升了十倍。该团队的实验方法包括在一块橡胶材料上切割裂缝，随后进行数万次拉伸测试。测试结果表明，裂缝并未扩大，展示了材料的卓越性能。Jason Steck，论文的第一作者，对这一发现表示惊讶，认为这对橡胶行业的可持续发展具有重要意义。Junsoo Kim解释称，新材料通过在聚合物链和颗粒两个不同尺度上分散裂纹周围的应力，有效阻止了裂纹的生长。而Yakov Kutsovsky补充说，这种多尺度应力分散方法为实现高性能弹性体材料提供了关键的新视角。这项研究不仅对轮胎和工业橡胶制品行业意义重大，也对新兴应用领域如可穿戴设备等展开了新的可能性，为减少聚合物污染和建造高性能软机器开辟了新道路。