這種玻璃狀凝膠是一種令人驚訝的新型材料,可以自愈

在一個偶然的發(fā)現(xiàn)中,研究人員創(chuàng)造了一類稱為“玻璃凝膠”的新型材料,這種材料是半液體但難以破碎的。

這些凝膠具有彈性,具有奇怪的粘合性,并且在切割時能夠“自我修復(fù)”,這些凝膠的驚人特性可能使它們比常用塑料更廣泛地使用,這些塑料要么堅硬易碎,要么柔軟且易于撕裂。

“我們創(chuàng)造了一類我們稱之為玻璃凝膠的材料,它們與玻璃聚合物一樣堅硬,但是 - 如果你施加足夠的力 - 可以拉伸到其原始長度的五倍,而不是斷裂,”Michael Dickey,北卡羅來納州立大學(xué)(NCSU)材料科學(xué)家。

但是,就像許多偶然的科學(xué)發(fā)現(xiàn)一樣,目標(biāo)從來都不是制造一類全新的物質(zhì),Dickey告訴ScienceAlert。

“我們偶然發(fā)現(xiàn)了這些有趣的材料,”他說,當(dāng)時NCSU研究員Meixiang Wang正在試驗離子晶體,這種材料由一種被導(dǎo)電離子液體膨脹的聚合物制成。

Wang試圖制造可拉伸的可穿戴設(shè)備,這些設(shè)備可用于壓力傳感器,其他醫(yī)療設(shè)備或機(jī)器人技術(shù)。通過改變成分,Wang生產(chǎn)了一種凝膠,首先看了就像一塊“普通的透明、柔性塑料”,在測試之前表明它非常堅硬——但不像其他普通塑料那樣脆。

“一旦我們意識到它們具有非凡的特性,我們就會深入研究它們,”Dickey說。

玻璃狀凝膠是用離子液體制成的,離子液體類似于水,但完全由帶電粒子制成,使其能夠?qū)щ?。?dāng)與聚合物前體混合時,液體將聚合物鏈推開,使材料柔軟而有彈性。同時,離子也被聚合物鏈強(qiáng)烈吸引,阻止它們分離。

“最終結(jié)果是,由于吸引力,材料很硬,但由于額外的間距,仍然能夠拉伸,”解釋迪克。

玻璃狀凝膠不會變干,即使它們由50%到60%的液體組成,測試表明它們具有“巨大”的斷裂強(qiáng)度和韌性。

這種材料還可以“自我修復(fù)”,如果被切割,就會重整,并且具有一種記憶,可以讓拉伸的凝膠保持其形狀,只有在加熱時才會收縮到原來的形狀。

雖然不尋常,但這種再生特性不是特別新,尤其是在有彈性的凝膠狀材料.最近,科學(xué)家們成功地完成了一項更艱巨的任務(wù),即制造典型的剛性材料,例如五金,玻璃,太陽能電池板混凝土破裂時會愈合。如果商業(yè)化,像這樣的材料,在損壞時能夠自我修復(fù),可以幫助減少建筑中的浪費(fèi),電子學(xué)時尚行業(yè)。

但是,這種玻璃凝膠的非凡性質(zhì)的奇怪組合是研究人員想要進(jìn)一步探索的。

“也許玻璃凝膠最有趣的特征是它們的粘性,”Dickey說.“我們了解是什么讓它們變得堅硬和可拉伸,[但]我們只能推測是什么讓它們?nèi)绱苏吵怼?/p>

在這些凝膠可以以任何實際方式使用之前,顯然需要對“凝膠”進(jìn)行更多的測試和優(yōu)化,但考慮到潛在的應(yīng)用,Dickey說,導(dǎo)電的堅韌材料(如凝膠)在電池中很有用。

其他潛在用途包括使用比熔融加工更簡單的技術(shù)3D打印類似塑料的材料 - 目前用于從起始樹脂生產(chǎn)商業(yè)塑料的方法。這個過程通常涉及將產(chǎn)品運(yùn)送到多個設(shè)施進(jìn)行塑料生產(chǎn)的每個步驟,而玻璃凝膠可以注射到模具中并用紫外線固化。

但在開始應(yīng)用之前,Dickey說他的團(tuán)隊希望更好地了解這些材料如何形成的基礎(chǔ)知識,以及為什么溶劑與聚合物的“神奇比例”創(chuàng)造了凝膠的獨特性能。

“考慮到它們擁有的獨特特性的數(shù)量,我們樂觀地認(rèn)為這些材料將是有用的,”王.

該研究已發(fā)表在自然界.

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