1 + 1 = 10？一种兼顾坚硬和柔韧的新材料
文章图片
将婴儿尿布和隐形眼镜的成分混合在一桶液体中 ， 并用灯光照射 ， 就能产生一种神奇的新物质 ， 这听起来更像是一个顽皮儿童的恶作剧而不是真正的科学 。 匪夷所思的是通过这种难以想象的方式 ， 研究人员发现了一种非凡的新材料 ， 它们兼顾了牢固性和柔韧性两种优点 。
如右下角显示这种新材料具有很强的延展性和韧性 ， 在这张图片中支撑住了一个砝码
研究人员在《自然材料》(Nature materials)杂志上描述了这种新材料 ， 研究表明它们比人类的软骨更硬 ， 具有令人难以置信的弹性 ， 并具有自我修复的能力 。 这种新材料属于一种叫做“离子凝胶”的材料类别 ， 这是一种内部包含着离子溶液的高分子聚合物网络 ， 令人惊讶的是尽管这种材料70%的组成成分为液体 ， 但仍保持了一定的力学性能 。
新材料的结构
这种新材料与水凝胶有关 ， 水凝胶是一种相似的聚合物网络 ， 不过它包含的是水而不是离子溶液 。 通常水凝胶是一种柔软、半透明的材料 ， 可以容纳大量液体而不失去其结构完整性 。 这一特性使其在婴儿尿布、隐形眼镜和伤口的敷料等产品中有着广泛的应用 。
水凝胶制成的隐形眼镜
北卡罗莱纳州立大学化学和生物分子工程教授、合作者迈克尔·迪基博士解释说 ， 通过用盐溶液代替水 ， 离子凝胶具有优于水凝胶的特点 。 “离子液体不像水那样蒸发 ， 所以你不必担心离子凝胶会变干 ， ”他说 。 “离子凝胶在电和热方面都很稳定 ， 而且导电性很好 ， 这为未来的应用带来了一些有趣的机会 。 ”
新材料的制作方法
为了制造这种新材料 ， 研究人员从聚丙烯酸(用于尿布的水凝胶)和聚丙烯酰胺(用于隐形眼镜的水凝胶)作为出发点 ， 将两者放在离子液体溶液中并进行混合 ， 随后将它们暴露在紫外线下 。 这样所得的高分子共聚物不仅使两种水凝胶的单体分子融合在一起 ， 而且还使浸没在其中的离子溶液融合在一起 。 迪基说:“最终 ， 我们得到的结果明显优于两种材料的平均水平 ， 这就像1+1=10 。 新发现的离子凝胶具有更强的拉伸能力 ， 在韧性方面则比人类软骨要好 ， 事实上人类的软骨是一种柔韧性非常好的材料 。 ”
新材料的优点
更令人惊奇的是 ， 这种离子凝胶还有其他一些奇妙的特性 。 当暴露在高温下时 ， 两片离子凝胶可以粘合成一个一片离子凝胶 ， 中间毫无缝隙 ， 这表明新材料具有自我修复的潜力 。 而且 ， 离子凝胶还具有形状记忆功能 ， 当它变形成一个新的形状以后 ， 只需要进行加热就可以恢复到原来的形状 。 这种自我修复和形状记忆的速度可以通过温度来控制 ， 当加热到60℃时 ， 只需几十秒就能完成这些令人印象深刻的壮举 。 尽管制作过程不同寻常 ， 但研究人员说 ， 制作离子凝胶非常简单 ， 甚至可以3D打印制造而成 ， 这是另一种令人满意的特性 ， 足以让这种新材料进行广泛的大规模生产 。
典型的3D打印方式
迪基说:“我们很兴奋 ， 我们已经制造出了一种非常容易制造并具有非凡性能的高分子聚合物材料 ， 甚至只需要用光照射它即可 。 制造可以抵抗变形拉伸而不会断裂的材料是材料科学的共同目标 ， 大自然很擅长这个 ， 例如软骨 ， 但人工制造具有这些特性的材料一直都很困难 ， 这就是我们的工作成果激动人心的原因 。 ”
本文参考cosmosmagazine文章 ， ““1 + 1 = 10”: shapeshifting material that’s 70% liquid yet tougher than cartilage” ， 如有兴趣还可查阅原文 。
【1 + 1 = 10？一种兼顾坚硬和柔韧的新材料】如有侵犯版权还请告知 ， 我们将在24小时内删除
推荐阅读
- 请勿靠近！四川金川出现一种怪鸡，系国家二级保护动物，会自杀！
- 神奇的金属 镓
- 一种掠食性食肉动物二齿兽
- 无人幸免：太阳系灭亡后或将出现一种全新的生命形态
- 海洋哺乳动物儒艮
- 只在雷雨天小概率出现，一种极为特殊的物理现象，至今未解
- 交易也是一种生活，不要着急成功
- 一种特殊的物理现象，在雷雨天小概率出现，直到今天仍是未解之谜
- 一个被火山加热的哥斯达黎加湖中只有一种生物，很神奇
- 珠峰上长草为何成了一种危险信号？这到底意味着什么？