超材料:苹果数据线有救了?日本研发出全球最坚韧软材料

必发娱乐手机版2017年7月27日讯  水凝胶是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基,亲水残基与水分子结合,将水分子连接在网状内部,而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系,性质柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水。

北海道大学龚剑萍教授带领的团队研发了一种新材料,它看起来很柔软,但是却和钢铁一样坚韧。事实是,它比碳钢坚硬5倍,同时又兼具了如同橡胶般的弹性。

这种新材料是一种坚硬而可弯曲的网状结构材料。它利用水凝胶(常用于制作隐形眼镜)和玻璃纤维制备得到,也可被认为是纤维增强的新型复合材料。龚剑萍表示,这是迄今为止人类获得的最坚硬软材料。

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他们的研究成果发表在《先进功能材料》期刊上(journal Advanced Functional Materials)。经研究,新型复合材料展示出远高于单独组成部分的硬度以及弹性,这表明其坚韧性是协同效应的结果。通过比较破坏材料所需能量,研究人员们得出结论:该纤维增强的水凝胶材料比普通的水凝胶坚硬100倍,比普通的玻璃纤维材料坚硬25倍。

龚剑萍表示,制备该材料的灵感来自于大自然。她说,“每当我看到一朵花从非常坚硬的地面(比如混凝土裂缝)长出来时,我就感到非常好奇,为何如此小而可爱的花朵会有这么大的能量能够破‘硬地’而出。其实,凝胶就好似小花一样,看起来非常柔软、软弱,但是它是可以创造巨大能量。”

由于其可靠性、持久性以及柔韧性,纤维增强的水凝胶具备很多潜在应用,比如时尚和制造用途、用作生物材料(制造承受强负荷张力的人造韧带和肌腱)。此外,它还可以用作人造关节,并比真正的关节要坚硬。已有多个公司与龚剑萍团队讨论了在开发人造软骨方面的合作意向。

龚剑萍表示,该纤维增强的水凝胶含水量40%,而且非常环保,除了用于制造人造组织,还可以应用在运动服和防护服领域,比如作头盔和防弹衣。

当然,这一结果并不是最完美的,但同样对类似的研究有着开创性意义。

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