作者:黄辛 来源: 中国科学报 发布时间:2020-6-15
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上海科技大学
开发可自修复可阻燃离子皮肤材料

丝素蛋白/钙离子导体薄膜折成的千纸鹤。

 

本报讯(记者黄辛)科幻电影或小说里,未来智能机器人的皮肤除了有非常好的弹性,受伤自动修复,遇到高温燃烧能阻燃,同时还能传递信号、连接无线终端实施预警。这种情节设置在未来或许不是梦,上海科技大学物质学院教授凌盛杰课题组研发成功新型离子皮肤材料i-skin。该研究成果近日发表于《美国化学会材料快报》。

“生物体通过离子运输实现信号传递。”凌盛杰告诉《中国科学报》,研究人员以天然丝素蛋白(SF)和钙离子为原料,通过不同的合成策略,制备出一种透明、可拉伸、可自修复、高生物安全、可阻燃且导电的离子皮肤材料i-skin (SFCIS),并开发了一种在极端条件(火灾)下可以通过无线信号传递预警信息的报警系统。

SFCIS制备方法简单,可大规模应用生产。SFCIS本身具有高透明性和良好的柔性,通过调控钙离子含量可以控制SFCIS在不同环境中的力学性能。高湿度环境中,SFCIS具有很好的黏附性和自愈性能,也可在不同温度和湿度下达到良好的可拉伸性质,伸长率高达1200%,匹配力学模量与生物组织模量相当,同时导电性可达1.96 毫西门子每厘米,以满足可穿戴器件的需求。

为了探究燃烧过程中材料发生的化学反应,研究人员采用热质联用(TGA-MS)的表征手段,分析了不同反应阶段下的材料组分的变化。通过对比纯丝蛋白体系和SFCIS体系的图谱可以清晰得出,钙离子加入后,SFCIS中发生了一系列阻燃过程。研究人员进一步探究极端条件下SFCIS离子导体的电学行为。火焰炙烧下,SFCIS的电阻值会在初始期快速下降,并维持一段较长的稳定期,其间仍然可以导电。基于这种特殊的性质,研究团队设计开发出一种可以无线传递信息的火灾报警系统。

“该研究利用简单的方法,制备出基于天然蚕丝蛋白的离子导体膜,具有良好的导电性、可调控的力学性质、自修复性和阻燃性。”凌盛杰表示,这项成果为研究这类材料的燃烧机制提供了可行方案,也为一类基于离子导体的新型人造皮肤设计提供了新的思路。

相关论文信息:https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.0c00062

 

《中国科学报》 (2020-06-15 第4版 综合)
 
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