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科學家研制出兼具不易斷裂和伸展性新材料

http://www.sxwangluo.com    時間:2017年11月13日    關注數:1068 次

摘要:蚌類和一些其他軟體動物利用黏附蛋白和像塑料一樣的堅硬纖維緊緊抓住固體表面。這種纖維具有極強的張力,并且能在內部的一些分子鍵斷裂時進行自我修復。對于蚌類來說,這些具有伸展性但仍然堅韌的纖維會在波浪來襲時派上用場。

  受蚌類啟發研制的一種新材料展示了自己的實力。它能在不斷裂的情況下被拉伸,并且修復自己的分子鍵。因此,它或許能在制造舉起重物的機器人關節方面派上用場,或者進行打包,保護精致的貨物不會意外跌落。相關成果日前發表于《科學》雜志。

  蚌類和一些其他軟體動物利用黏附蛋白和像塑料一樣的堅硬纖維緊緊抓住固體表面。這種纖維具有極強的張力,并且能在內部的一些分子鍵斷裂時進行自我修復。對于蚌類來說,這些具有伸展性但仍然堅韌的纖維會在波浪來襲時派上用場。

  來自美國加州大學圣芭芭拉分校的Megan Valentine和同事通過模擬蚌類利用的化學現象,創建了擁有相同屬性的塑料。鐵和一種被稱為鄰苯二酚的有機化合物之間的分子鍵使這種材料在保持伸展性的同時很難斷開或撕裂。

  鐵-鄰苯二酚鍵從一些撞擊或拉伸這種材料的物體中消耗能量。這些作出犧牲的分子鍵會斷裂,但整體結構仍完好無損。“這有點像自行車頭盔:如果你騎自行車出了事故,頭盔里面的泡沫會起到緩沖作用并且消耗一些能量。原本導致顱骨骨折的所有能量進入到頭盔中。”Valentine介紹說,“就我們研發的新材料來說,我們用作出犧牲的分子鍵代替泡沫,以便保護底下的聚合物體系。”

  通過犧牲鐵-鄰苯二酚鍵,新材料能被拉伸50%。隨后,一旦壓力消失,分子鍵會重新形成,使其被再次利用。和未擁有這些分子鍵的材料相比,添加了分子鍵的塑料能被拉伸770倍并且堅韌性增加了58倍。

  “通常這會牽扯到一個平衡:你可以制造更難斷裂但伸展性沒那么好的材料,或者較容易斷裂但很容易被拉伸的材料。”來自麻省理工學院的Niels Holten-Andersen表示,“但通過添加這些受蚌類啟發產生的分子鍵,研究人員成功地將不易斷裂和伸展性結合起來。”

(來自:光明日報)


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