作者:徐徐 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/10/30 20:51:12
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科学家研制出兼具不易断裂和伸展性新材料

图片来源:Per-Anders Pettersson/Getty

受蚌类启发研制的一种新材料展示了自己的实力。它能在不断裂的情况下被拉伸,并且修复自己的分子键。因此,它或许能在制造举起重物的机器人关节方面派上用场,或者进行打包,保护精致的货物不会意外跌落。相关成果日前发表于《科学》杂志。

蚌类和一些其他软体动物利用黏附蛋白和像塑料一样的坚硬纤维紧紧抓住固体表面。这种纤维具有极强的张力,并且能在内部的一些分子键断裂时进行自我修复。对于蚌类来说,这些具有伸展性但仍然坚韧的纤维会在波浪来袭时派上用场。

来自美国加州大学圣芭芭拉分校的Megan Valentine和同事通过模拟蚌类利用的化学现象,创建了拥有相同属性的塑料。铁和一种被称为邻苯二酚的有机化合物之间的分子键使这种材料在保持伸展性的同时很难断开或撕裂。

铁-邻苯二酚键从一些撞击或拉伸这种材料的物体中消耗能量。这些作出牺牲的分子键会断裂,但整体结构仍完好无损。“这有点像自行车头盔:如果你骑自行车出了事故,头盔里面的泡沫会起到缓冲作用并且消耗一些能量。原本导致颅骨骨折的所有能量进入到头盔中。”Valentine介绍说,“就我们研发的新材料来说,我们用作出牺牲的分子键代替泡沫,以便保护底下的聚合物体系。”

通过牺牲铁-邻苯二酚键,新材料能被拉伸50%。随后,一旦压力消失,分子键会重新形成,使其被再次利用。和未拥有这些分子键的材料相比,添加了分子键的塑料能被拉伸770倍并且坚韧性增加了58倍。

“通常这会牵扯到一个平衡:你可以制造更难断裂但伸展性没那么好的材料,或者较容易断裂但很容易被拉伸的材料。”来自麻省理工学院的Niels Holten-Andersen表示,“但通过添加这些受蚌类启发产生的分子键,研究人员成功地将不易断裂和伸展性结合起来。”(徐徐)

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