英媒:科學家受金剛狼啟發研製出可自愈傳導材料

2020-12-06 參考消息

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這種可自愈材料在被切斷後(左圖)可在室溫條件下逐漸自我修復(右圖)(英國物理科學新聞網站)

參考消息網12月27日報導 英媒稱,包括加利福尼亞大學裡弗賽德分校幾個人在內的科學家們開發出一種透明、可自體癒合、高延展性的傳導材料,它能通電激活為人造肌肉提供能量,還可用於改進電池、電子設備和機器人。

據英國物理科學新聞網站12月25日報導,25日出版的美國《先進材料》雜誌刊登了這一研究結果,這是科學家們首次製造出透明、能自愈、有延展性的離子導體,也就是離子能從中穿過的材料。

報導稱,這種材料用途廣泛。它可以讓機器人在出現機械故障後自愈,延長電子產品和電動汽車鋰電池的壽命,改進醫療領域和環境監測中使用的生物感應器。

研究論文作者之一、化學專業兼職助理教授王超(音)說:「製造出具備所有這些特性的材料一直是多年來的難題。」

這個項目將自愈材料和離子導體這兩個研究領域結合到一起。

受自然界傷口癒合的啟發,自愈材料可修復撕裂造成的破損,還可延長材料與設備的壽命、降低成本。王超對自愈材料產生興趣是因為他喜歡金剛狼,這個漫畫人物擁有自愈能力。

報導稱,離子導體這類材料在能源儲存、太陽能轉換、感應器和電子裝置中具有重要作用。

研究論文的另一位作者是科羅拉多大學博爾德分校的助理教授克里斯多福·凱普林格,他此前曾證明有延展性的透明離子導體可用來為人造肌肉提供能量和製造透明揚聲器——這些裝置具有新材料的若干重要特性,但都不兼具在機械損傷後自愈的能力。

主要困難是確定在電化條件下能保持穩定並可逆的化學鍵。一般來說,可自愈的聚合物利用非共價鍵,這帶來一個難題,因為那些化學鍵易受電化反應的影響而降低材料的性能。

王超運用離子-偶極相互作用解決了這個難題。離子-偶極相互作用是指帶電離子和極性分子之間的作用力,它在電化條件下高度穩定。他把極性可延展聚合物與流性高離子強度鹽結合到一起,製造出具有研究人員所追尋的那些特性的材料。

報導稱,這種材料造價低,易生產,看上去就像軟橡膠。它可以延展到原長度的50倍。被切斷後,可在室溫條件下24小時內完整地重新連接(或者叫修復)。事實上,只需要五分鐘的修復,這種材料就能延展到原長度的兩倍。

與凱普林格一起開展研究的兩名研究生蒂莫西·莫裡西和埃裡克·阿科姆演示了用這種材料為所謂人造肌肉(也叫介電彈性體致動器)提供能量。人造肌肉是一個通稱,指的是能夠在電壓、電流、壓力或溫度等外部刺激下反向收縮、擴張或旋轉的材料或裝置。

介電彈性體致動器其實是摞起來的三層聚合物。頂層和底層是加利福尼亞大學裡弗賽德分校開發的新材料,能夠導電和自愈,中間層是不具有傳導性的橡膠透明膜。

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