1+1=10 新材料韌性和彈性強強組合
科技日報北京2月22日電 (記者張夢然)據最新一期《自然·材料》報道,美國研究人員已經創造出一種可拉伸且非常堅韌的新材料。新材料屬於(yu) 更廣泛的離子凝膠類別,離子凝膠是一種聚合物網絡,含有在室溫下呈液態的鹽,這些鹽被稱為(wei) 離子液體(ti) 。
北卡羅來納州立大學化學與(yu) 生物分子工程教授邁克爾·迪基及其合作者製造出了接近70%的液體(ti) 離子凝膠,其具有卓越的機械性能。它們(men) 非常堅韌,變形時很難折斷,它們(men) 也易於(yu) 製作和加工,並且可3D打印出來。
“水凝膠是一種相當普遍的含水聚合物網絡。”迪基說,“例如,隱形眼鏡是水凝膠。但是離子凝膠比水凝膠有一些優(you) 勢。離子液體(ti) 不會(hui) 像水一樣蒸發,因此不必擔心離子凝膠會(hui) 變幹。離子凝膠還具有電和熱穩定性,且導電良好。”
為(wei) 了製造新的離子凝膠,研究人員從(cong) 聚丙烯酸(常用於(yu) 嬰兒(er) 尿布)和聚丙烯酰胺(常用於(yu) 隱形眼鏡)單體(ti) 開始,使用紫外線將它們(men) 共聚在離子液體(ti) 溶液中。換句話說,他們(men) 將聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的成分放入離子液體(ti) 中,然後用光照射它,從(cong) 而製造出一種包含單體(ti) 和離子液體(ti) 本身的共聚物。
迪基表示,最終結果明顯優(you) 於(yu) 兩(liang) 種材料的平均值,這就像“1+1得到了10”,製成的凝膠具有聚丙烯酸的拉伸性,甚至強過聚丙烯酰胺。就韌性而言,它比軟骨要好。但離子凝膠和水凝膠之間的差異使其有利於(yu) 不同的應用。
此外,迪基團隊創造的離子凝膠還具有自愈和形狀記憶特性。可將兩(liang) 片離子凝膠粘在一起後加熱,重新形成牢固的粘合。同樣,也可將離子凝膠變形為(wei) 臨(lin) 時的新形狀,受熱時又會(hui) 恢複到原來的形狀。所需的熱量取決(jue) 於(yu) 希望材料“愈合”或恢複其正常形狀的速度。當暴露在60攝氏度的溫度下時,這些動作隻需幾十秒。
迪基稱:“我們(men) 很高興(xing) 使用廣泛可用的聚合物製造出具有真正卓越性能的東(dong) 西,其非常容易製造,僅(jin) 需照亮它,而且可通過控製共聚過程中的成分比例來調整離子凝膠的特性。”
總編輯圈點
我們(men) 對水凝膠這種材料已經不再陌生。尿布、麵膜,還有做B超時醫生塗抹在皮膚表麵的耦合劑,都是一種水凝膠。和水凝膠一樣,離子凝膠也是一種聚合物網絡,通常是由高分子有機聚合物和可電解為(wei) 離子的鹽類電解質材料混合而成。此次,科研人員從(cong) 兩(liang) 種單體(ti) 中提取相應成分,放入離子液體(ti) ,製造出了一種共聚物。它結合了兩(liang) 種單體(ti) 的優(you) 點,甚至表現得比它們(men) 更好。離子凝膠可根據使用場景拓展出不同功能,它可被用於(yu) 柔性電子、仿生機器人和醫療健康等多種領域。
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