“超级果冻”即使被车碾也不会死

　　

   

   

研究人员已经开发出一种胶状材料，它可以承受大象站在上面的强度，并且完全恢复到原来的形状，即使它的80%是水。这种软而强的材料是由剑桥大学的一个团队开发的，它看起来和摸起来都像一种粘糊糊的果冻，但当它被压缩时，就像一个超硬的、防碎的玻璃，尽管它的含水量很高。

资料来源:剑桥大学

研究人员已经开发出一种胶状材料，它可以承受大象站在上面的强度，并完全恢复到原来的形状，尽管它的80%是水。

这种软而强的材料是由剑桥大学的一个团队开发的，它看起来和摸起来都像一种粘糊糊的果冻，但当它被压缩时，就像一个超硬的、防碎的玻璃，尽管它的含水量很高。

材料的非水部分是由可逆的开/关相互作用连接在一起的聚合物网络，控制材料的机械性能。这是第一次，如此重要的抗压缩已纳入软材料。

这种“超级果冻”可以用于广泛的潜在应用，包括软机器人、生物电子学，甚至可以作为生物医学用途的软骨替代品。研究结果发表在《自然材料》杂志上。

材料的行为方式——它们是软还是硬，是脆还是强——取决于它们的分子结构。具有弹性的、类似橡胶的水凝胶有许多有趣的特性，使其成为热门研究对象——比如它们的韧性和自愈合能力——但要使水凝胶能够承受压缩而不被压碎是一个挑战。

“为了制造出具有我们想要的机械性能的材料，我们使用了交联剂，即两个分子通过化学键连接在一起，”该研究的第一作者、优素福?哈米德化学系的黄泽焕博士说。“我们使用可逆交联剂来制作柔软、有弹性的水凝胶，但制作坚硬、可压缩的水凝胶是很困难的，设计具有这些特性的材料是完全违反直觉的。”

领导这项研究的奥伦·谢尔曼(Oren Scherman)教授的实验室里，研究小组使用一种叫做葫芦的桶状分子制作了一种可以承受压缩的水凝胶。瓜环是一种交联分子，它的腔内有两个客体分子，就像分子手铐一样。研究人员设计了比正常情况下更喜欢在空腔内停留更长时间的客体分子，这使得聚合物网络紧密相连，使其能够承受压缩。

“当水含量达到80%时，你可能会认为它会像水球一样破裂，但事实并非如此:它能保持完整，并承受巨大的压力，”谢尔曼说，他是梅尔维尔大学聚合物合成实验室的主任。“水凝胶的特性似乎彼此不一致。”

“水凝胶的抗压缩能力令人惊讶，这与我们在水凝胶中看到的任何东西都不一样，”同样来自化学系的合著者Jade McCune博士说。“我们还发现，通过简单地改变手铐内客体分子的化学结构，就可以很容易地控制抗压强度。”

为了制作玻璃样的水凝胶，研究小组选择了特定的来宾分子作为手铐。通过改变手铐内客体分子的分子结构，可以使材料的动力学大大“放缓”，最终水凝胶的机械性能从橡胶状态到玻璃状态都有变化。

“人们已经花了数年时间来制造类似橡胶的水凝胶，但这只是整个过程的一半，”Scherman说。“我们重新审视了传统的聚合物物理，并创造了一种新的材料，它跨越了从橡胶到玻璃的整个材料性能范围，完成了整个蓝图。”

研究人员使用这种材料制作了一个水凝胶压力传感器，用于实时监测人类的运动，包括站立、行走和跳跃。

“据我们所知，这是第一次制造出玻璃样的水凝胶。我们不只是在教科书中写入一些令人兴奋的新东西，而且我们在高性能软材料领域开启了一个新的篇章。”