研究人員創(chuàng)造了一種可拉伸且非常堅(jiān)韌的材料。該材料是一種離子凝膠，含有在室溫下呈液態(tài)的鹽。新材料具有聚丙烯酸的拉伸性，卻比聚丙烯酰胺更強(qiáng)硬。就韌性而言，它比軟骨還要好。圖片來源：卡羅來納州立大學(xué)
科技日報記者 張夢然
據(jù)最新一期《自然·材料》報道，美國研究人員已經(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，變形時很難折斷，它們也易于制作和加工，并且可3D打印出來。
“水凝膠是一種相當(dāng)普遍的含水聚合物網(wǎng)絡(luò)?！钡匣f，“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。離子液體不會像水一樣蒸發(fā)，因此不必?fù)?dān)心離子凝膠會變干。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，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。可將兩片離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的新形狀，受熱時又會恢復(fù)到原來的形狀。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，這些動作只需幾十秒。
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，而且可通過控制共聚過程中的成分比例來調(diào)整離子凝膠的特性。
總編輯圈點(diǎn)
我們對水凝膠這種材料已經(jīng)不再陌生。尿布、面膜，還有做B超時醫(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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