科學(xué)家發(fā)明了一種奇異的新材料，當(dāng)你擊中它時(shí)，它會(huì)變得更堅(jiān)韌

電子可穿戴設(shè)備和傳感器有朝一日可能會(huì)由一種在撞擊或拉伸時(shí)變硬的材料制成，這要?dú)w功于加州大學(xué)默塞德分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一項(xiàng)新研究。

眾所周知，這種“適應(yīng)性耐久性”是材料科學(xué).這意味著即使在惡劣的環(huán)境中也能防止損壞和抗壓力。

新材料的靈感實(shí)際上來自玉米淀粉用于烹飪，加水時(shí)可以攪拌。與濕沙不同，濕沙無論是混合還是沖孔都具有一致的粘度，玉米淀粉漿輕輕攪拌時(shí)像液體，快速?zèng)_孔時(shí)像固體。

當(dāng)你慢慢擠壓玉米淀粉時(shí)，微小的顆粒會(huì)相互排斥，使它們像液體一樣。但是，如果你快速撞擊表面，它們就會(huì)接觸，引起摩擦并像固體一樣。這種行為上的差異是由于顆粒的大小造成的。

研究人員想看看他們是否能從高分子材料.

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)從共軛聚合物：具有特殊性能的聚合物，有助于材料導(dǎo)電，同時(shí)保持相對(duì)柔軟和柔軟。這些材料可以由各種分子組合制成。

在這種情況下，他們摻入了長分子聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）短聚苯胺分子和高效導(dǎo)體——聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸酯（PEDOT：PSS）.如果這些名字不熟悉，請(qǐng)不要擔(dān)心——你真正需要知道的是，這種組合創(chuàng)造了一種在受到快速?zèng)_擊時(shí)變形或拉伸的薄膜。

沖擊速度越快，材料就越堅(jiān)韌。增加 10%PEDOT：PSS然后提高了自適應(yīng)耐久性和電導(dǎo)率的材料。

據(jù)研究人員稱，他們選擇兩種帶正電荷和兩種帶負(fù)電荷的聚合物，在一碗纏結(jié)的意大利面中創(chuàng)造了一種具有超小結(jié)構(gòu)的材料，如微型肉丸。這些“肉丸”吸收了沖擊的沖擊，而不會(huì)完全破裂，從而保持材料及其導(dǎo)電性。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，添加帶正電荷的1,3-丙二胺納米顆粒進(jìn)一步提高了韌性，略微削弱了“肉丸”（因此材料可以承受更大的撞擊），同時(shí)加強(qiáng)了它們周圍的“意大利面條”（保持材料的完整性）。

這一切都非常復(fù)雜和技術(shù)性，但如果可以大規(guī)模制造，那么這種材料應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室之外有應(yīng)用。智能表帶、可穿戴傳感器和健康監(jiān)測器——用于心血管健康或葡萄糖水平例如，這些都是研究團(tuán)隊(duì)提出的例子。

個(gè)性化電子假肢是另一個(gè)潛在的用例，研究人員已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。最終，假肢可以用這種多功能材料進(jìn)行3D打印。

這再次提醒人們新材料的潛力有待發(fā)現(xiàn)以及有待改進(jìn)的現(xiàn)有材料，以及它們?nèi)绾胃淖兾覀兊奈磥怼獜奈覀兪褂玫脑O(shè)備到我們穿的衣服.

“有許多潛在的應(yīng)用，我們很高興看到這個(gè)新的、非常規(guī)的物業(yè)將把我們帶向何方，”說材料科學(xué)家王岳.

研究已被提出在美國化學(xué)學(xué)會(huì) 2024 年春季會(huì)議上。

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