1+1=10 新材料韌性和彈性強(qiáng)強(qiáng)組合
科技日?qǐng)?bào)北京2月22日電 (記者張夢(mèng)然)據(jù)最新一期《自然·材料》報(bào)道,美國(guó)研究人員已經(jīng)創(chuàng)造出一種可拉伸且非常堅(jiān)韌的新材料。新材料屬于更廣泛的離子凝膠類別,離子凝膠是一種聚合物網(wǎng)絡(luò),含有在室溫下呈液態(tài)的鹽,這些鹽被稱為離子液體。
北卡羅來(lái)納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程教授邁克爾·迪基及其合作者制造出了接近70%的液體離子凝膠,其具有卓越的機(jī)械性能。它們非常堅(jiān)韌,變形時(shí)很難折斷,它們也易于制作和加工,并且可3D打印出來(lái)。
“水凝膠是一種相當(dāng)普遍的含水聚合物網(wǎng)絡(luò)?!钡匣f(shuō),“例如,隱形眼鏡是水凝膠。但是離子凝膠比水凝膠有一些優(yōu)勢(shì)。離子液體不會(huì)像水一樣蒸發(fā),因此不必?fù)?dān)心離子凝膠會(huì)變干。離子凝膠還具有電和熱穩(wěn)定性,且導(dǎo)電良好?!?/p>
為了制造新的離子凝膠,研究人員從聚丙烯酸(常用于嬰兒尿布)和聚丙烯酰胺(常用于隱形眼鏡)單體開始,使用紫外線將它們共聚在離子液體溶液中。換句話說(shuō),他們將聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的成分放入離子液體中,然后用光照射它,從而制造出一種包含單體和離子液體本身的共聚物。
迪基表示,最終結(jié)果明顯優(yōu)于兩種材料的平均值,這就像“1+1得到了10”,制成的凝膠具有聚丙烯酸的拉伸性,甚至強(qiáng)過(guò)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于不同的應(yīng)用。
此外,迪基團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的離子凝膠還具有自愈和形狀記憶特性??蓪善x子凝膠粘在一起后加熱,重新形成牢固的粘合。同樣,也可將離子凝膠變形為臨時(shí)的新形狀,受熱時(shí)又會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的形狀。所需的熱量取決于希望材料“愈合”或恢復(fù)其正常形狀的速度。當(dāng)暴露在60攝氏度的溫度下時(shí),這些動(dòng)作只需幾十秒。
迪基稱:“我們很高興使用廣泛可用的聚合物制造出具有真正卓越性能的東西,其非常容易制造,僅需照亮它,而且可通過(guò)控制共聚過(guò)程中的成分比例來(lái)調(diào)整離子凝膠的特性?!?/p>
總編輯圈點(diǎn)
我們對(duì)水凝膠這種材料已經(jīng)不再陌生。尿布、面膜,還有做B超時(shí)醫(yī)生涂抹在皮膚表面的耦合劑,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(wǎng)絡(luò),通常是由高分子有機(jī)聚合物和可電解為離子的鹽類電解質(zhì)材料混合而成。此次,科研人員從兩種單體中提取相應(yīng)成分,放入離子液體,制造出了一種共聚物。它結(jié)合了兩種單體的優(yōu)點(diǎn),甚至表現(xiàn)得比它們更好。離子凝膠可根據(jù)使用場(chǎng)景拓展出不同功能,它可被用于柔性電子、仿生機(jī)器人和醫(yī)療健康等多種領(lǐng)域。
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