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名古屋工業(yè)大學合成性能可變的彈性體薄膜可用于汽車等廣泛領域

蓋世汽車劉麗婷 2021-09-10 11:33

蓋世汽車訊彈性體或彈性聚合物是具有高彈性的材料，被廣泛用于汽車、制造、石油和天然氣等行業(yè)。這些材料的彈性程度，由“楊氏模量（Young's modulus）”表示，并取決于組成聚合物層之間的交聯(lián)程度，因此較高的交聯(lián)密度會產(chǎn)生較高的剛度，反之，這也意味著楊氏模量較大。

（圖片來源：名古屋工業(yè)大學）

不同的應用需要不同剛度的彈性體。例如，輪胎的理想楊氏模量不同于管道和軟管的楊氏模量。迄今為止，對于傳統(tǒng)彈性體而言，一旦聚合物鏈發(fā)生交聯(lián)，其性能就無法改變，因此行業(yè)需要針對不同應用制造出不同的彈性體。但是，是否可以為多種應用制備具有多種特性的單一彈性體呢？

據(jù)外媒報道，日本名古屋工業(yè)大學（Nagoya Institute of Technology）的Mikihiro Hayashi博士及其同事稱已成功合成一種彈性體薄膜，通過制備后的光化反應可以控制其延伸率，從而適應所需應用，進而能夠節(jié)省時間、成本和人力資源。

為開發(fā)這種彈性體，科學家們?yōu)榫埘ィň哂絮セ木酆衔铮┡鋫淞藷岱磻院凸夥磻曰鶊F，分別對熱和光起反應。熱反應性基團會首先經(jīng)歷熱交聯(lián)，然后光反應性基團在紫外線存在下形成交聯(lián)?？茖W家們觀察到，熱交聯(lián)后獲得的材料柔軟而有彈性，但當進一步用紫外線處理時，材料的剛度會隨著暴露時間的增加而增加。事實上，在暴露30分鐘后，材料的楊氏模量增加了兩個數(shù)量級。

該發(fā)現(xiàn)讓科學家們興奮不已。Hayashi博士表示：“通過使用雙熱交聯(lián)和光交聯(lián)開發(fā)這種彈性體，我們證明了在制備后調(diào)整材料的拉伸強度是可能的。我們期待進一步探索這種材料的優(yōu)勢。”

因此，通過選擇性紫外線照射，科學家們設計出具有楊氏模量不均勻圖案的彈性體薄膜?？茖W家使用水平和垂直光掩模狹縫實現(xiàn)了這一點，從而創(chuàng)造出軟性和剛性部分的圖案。在應力下測試水平圖案薄膜時，剛性部分幾乎沒有出現(xiàn)任何變形，而軟性部分卻顯示出5倍的延伸率。令人驚訝的是，垂直圖案化的薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的韌性并延遲了裂紋的傳播。當完全剛性薄膜上的裂紋立即擴展時，不均勻薄膜上的裂紋在到達軟性部分時停止。圖案的數(shù)量越多，裂紋的增長就越慢。