蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，劍橋大學(xué)（University of Cambridge）開發(fā)出一種柔軟且堅(jiān)固的材料，其外形和觸感酷似果凍。該材料含水量高達(dá)80%，但被壓縮時(shí)會(huì)像一塊超硬且防碎的玻璃，甚至可以承受一只大象的重量。

（圖片來(lái)源：劍橋大學(xué)）

該材料的非含水部分是一個(gè)聚合物網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)可逆的開/關(guān)相互作用連接在一起，以控制材料的機(jī)械性能。這是首次將高抗壓性融入軟材料中。該“超級(jí)果凍”材料應(yīng)用十分廣泛，如軟體機(jī)器人、生物電子學(xué)，甚至可作為生物醫(yī)學(xué)的軟骨替代品。

材料的軟硬、易碎和結(jié)實(shí)主要取決于分子結(jié)構(gòu)。有彈性的橡膠狀水凝膠引起眾多有趣特性，如韌性灰色自愈能力，一直是研究的熱門主體。但制造出可承受壓縮但不碎的水凝膠非常具有挑戰(zhàn)。

（視頻來(lái)源：劍橋大學(xué)）

該研究的第一作者Yusuf Hamied化學(xué)系的Zehuan Huang博士表示：“為了制造出具有我們想要的機(jī)械性能的材料，我們使用交聯(lián)劑，其兩個(gè)分子通過(guò)化學(xué)鍵連接。通過(guò)使用可逆交聯(lián)劑，我們制造出柔軟且有彈性的水凝膠，但制造出堅(jiān)硬且可壓縮的水凝膠很難，而且設(shè)計(jì)具有這些特性的材料與設(shè)想完全相悖?！?/p>

此項(xiàng)試驗(yàn)的帶領(lǐng)人為Oren Scherman教授，且此次試驗(yàn)也是在其實(shí)驗(yàn)室中完成。研究團(tuán)隊(duì)使用稱為葫蘆脲的桶狀分子來(lái)制造可以承受壓縮的水凝膠。葫蘆脲是一種交聯(lián)分子，會(huì)將兩個(gè)客體分子固定在其空腔中，看起來(lái)就像一個(gè)分子手銬。研究人員設(shè)計(jì)的客體分子在空腔內(nèi)停留時(shí)間比普通分子長(zhǎng)，因此使得聚合物網(wǎng)絡(luò)保持緊密連接，使其能夠承受壓縮。

劍橋大學(xué)梅爾維爾高分子合成實(shí)驗(yàn)室（Melville Laboratory for Polymer Synthesis）主任Scherman表示：“理論上講，若含水量達(dá)80%，材料可能會(huì)像水氣球一樣破裂，但事實(shí)并非如此，該材料保持完整并可承受巨大的壓力。水凝膠的特性似乎相互矛盾?！?/p>

為了制造類似玻璃的水凝膠，該團(tuán)隊(duì)為該手銬（桶狀分子）采用特定的客體分子。 通過(guò)改變手銬內(nèi)客體分子的分子結(jié)構(gòu)，材料的動(dòng)力學(xué)顯著“減慢”，最終水凝膠的機(jī)械性能從橡膠狀轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ睢?/p>

Scherman稱：“人們花了數(shù)年時(shí)間打造類似橡膠的水凝膠，但也只是初見(jiàn)成效。而我們此次通過(guò)重新審視傳統(tǒng)聚合物物理學(xué)，打造出全新材料，可涵蓋從類橡膠到類玻璃的整個(gè)材料特性范圍，實(shí)現(xiàn)了最初的愿景?！?/p>

研究人員使用這種材料制作出一個(gè)水凝膠壓力傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)，包括站立、行走和跳躍。Scherman實(shí)驗(yàn)室的研究人員目前正在與工程和材料科學(xué)專家合作，進(jìn)一步開發(fā)這些玻璃狀材料，用于生物醫(yī)學(xué)和生物電子應(yīng)用。

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