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劍橋大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了一種可以承受住巨大力量的新型軟性材料。這種新型水凝膠被稱之為“超級果凍”，它使用了一種獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，類似于分子手銬以通過進(jìn)入一種類似玻璃的狀態(tài)對壓縮進(jìn)行反應(yīng)，并使其能夠被汽車碾壓時不被壓碎。
水凝膠引起了材料科學(xué)家的極大興趣。它們的高含水量使它們適合在人體中使用并使它們具有拉伸和自我修復(fù)的特性--可用于機(jī)器人、高級隱形眼鏡、人造組織和傷口愈合。這項(xiàng)新研究的研究人員們試圖通過調(diào)整基本的分子結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大這些能力。
該研究的論文第一作者Zehuan Huang博士表示：“為了使材料具有我們想要的機(jī)械性能，我們使用了交聯(lián)劑，即兩個分子通過化學(xué)鍵連接。我們使用可逆交聯(lián)劑來制造柔軟和有彈性的水凝膠，但制造堅(jiān)硬和可壓縮的水凝膠是非常困難的，設(shè)計(jì)一種具有這些特性的材料是完全違背直覺的。”
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科學(xué)家們轉(zhuǎn)向了被稱為葫蘆絲的桶狀分子，它將成對的其他分子“拷”在其腔內(nèi)。然后，他們使用了特別設(shè)計(jì)的分子，使其在這個空腔內(nèi)停留的時間比平時更長，這具有保持網(wǎng)絡(luò)緊密聯(lián)系的效果并使其能從橡膠般的狀態(tài)變化到類似于超硬防碎玻璃的狀態(tài)。
據(jù)研究小組稱，這使得“超級果凍”能夠承受相當(dāng)于一頭大象站在它上面的力量而不被壓碎。由于手頭沒有大象，該團(tuán)隊(duì)通過用汽車碾壓這種材料來進(jìn)行測試，其證明了它如何能夠恢復(fù)到原來的形狀。
負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Oren A. Scherman教授指出：“在80%的含水量下，你會認(rèn)為它會像水球一樣爆裂，但它沒有：它保持完整并承受巨大的壓迫力。水凝膠的特性似乎是相互矛盾的。”
科學(xué)家們還用這種新型材料制作了一個用于人類運(yùn)動如站立、行走和跳躍的壓力傳感器。他們現(xiàn)在正在繼續(xù)開發(fā)這種材料以期使其適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用如軟骨替代--以及潛在的軟機(jī)器人技術(shù)。
“據(jù)我們所知，這是第一次制造出類似玻璃的水凝膠。我們不僅僅是將新的東西寫進(jìn)教科書，這真的很令人興奮，而且我們在高性能軟材料領(lǐng)域開啟了新的篇章，”Huang說道。
這項(xiàng)研究發(fā)表已發(fā)表在《Nature Materials》上。
(原標(biāo)題：科學(xué)家打造“超級果凍”材料：在被汽車碾壓時能變得像安全玻璃一樣堅(jiān)固)
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