• 注册
  • 查看作者
    • 柔软又坚固 首次制得高抗压力、硬度像超强玻璃的水凝胶

      研究人员开发出一种果冻状的材料,可以承受相当于大象的体重,并且保持形状不变,尽管它的成分有80%是水。

      由剑桥大学的一支团队开发的柔软而坚固的材料,看起来和感觉就像软绵绵的果冻,但在压缩时却像超硬的防碎玻璃,尽管它的水含量很高。

      该材料的非水部分是一个聚合物网络,通过可逆的开/关相互作用结合在一起,控制着该材料的机械性能。这是第一次在一种软性材料中加入如此明显的抗压性。

      这种 “超级果冻” 可用于广泛的潜在应用,包括软体机器人、生物电子学或甚至作为生物医学的软骨替代品。详细结果在《自然·材料》上读到。

      材料的行为方式–无论它们是软还是硬,是脆还是强–都取决于它们的分子结构。有弹性的、像橡胶一样的水凝胶有很多有趣的特性,使它们成为研究热点–比如它们的韧性和自愈能力–但要使水凝胶能经受住压缩而不被压碎是一个挑战。

      “为了使材料具有我们想要的机械性能,我们使用交联剂,即通过化学键连接两个分子。”该研究的第一作者、优素福·哈米德化学系的黄泽环(音)博士说。”我们使用可逆交联剂来制作柔软和有弹性的水凝胶,但制作坚硬和可压缩的水凝胶是很困难的,设计一种具有这些特性的材料是完全违背直觉的。”

      在领导这项研究的Oren Scherman教授的实验室里,该团队使用被戏称为葫芦丝的桶状分子来制作一种可以承受压缩的水凝胶。葫芦丝是交联分子,它将两个客体分子夹在其腔内,就像一个分子手铐。研究人员设计的客体分子喜欢在空腔内停留的时间比正常时间要长,这使聚合物网络保持紧密连接,使其能够承受压缩。

      大学梅尔维尔聚合物合成实验室主任Scherman说:”面对压力时,考虑到80%的含水量,你会认为它应像水球一样爆裂,但它没有——它保持完整并承受巨大的压缩力。

      “水凝胶的特性似乎是相互矛盾的。水凝胶能够承受压缩的方式令人惊讶,它不像我们在水凝胶中看到的任何东西,”共同作者Jade McCune博士说,他也来自化学系。”我们还发现,通过简单地改变手铐内客体分子的化学结构,可以很容易地控制压缩强度。”

      Scherman说:”人们已经花了多年时间制造橡胶状水凝胶,但那仅是硬币的一面。我们重新审视了传统的聚合物物理学,创造了一类新的材料,它跨越了从类橡胶到类玻璃的整个材料属性范围,完成了全貌。”

      研究人员用这种材料制作了一个水凝胶压力传感器,用于实时监测人类的运动,包括站立、行走和跳跃。

      “据我们所知,这是第一次制成玻璃状水凝胶。我们不仅仅是把新的东西写进教科书,这真的很令人兴奋,而且我们在高性能软材料领域开启了新的篇章。”

      舍曼实验室的研究人员目前正在与工程和材料科学的专家合作,进一步开发这些类似玻璃的材料,以实现生物医学和生物电子学的应用。这项研究的部分资金来自Leverhulme Trust和Marie Skłodowska-Curie奖学金。

      广东·东莞
    • 0
    • 0
    • 0
    • 78
    • 请登录之后再进行评论

      登录
    • 做任务
    • 偏好设置
    • 单栏布局 侧栏位置: