新的弹性体可拉伸至其尺寸的100倍并从损坏中恢复

斯坦福大学的化学家已经开发出一种材料，该材料可以从原始尺寸拉伸100倍，然后收缩而不会损失其性能。它还能响应电场并从损坏中恢复。

新型弹性体的独特性能为其在各种工业领域（包括机器人技术和医学领域）的使用提供了巨大的机会，例如，它是人造皮肤和人造肌肉的基础。

现在，人造肌肉可用于消费类电子产品和机器人技术中，但是最轻微的缺陷和损坏会大大降低材料的弹性。现有的弹性体通常只拉伸两到三倍。此外，如果没有外界干扰（例如加热），它们将无法从刺孔或划痕中恢复。斯坦福大学化学工程学教授鲍振刚说，新型弹性体没有这些缺点。



发明人解释了为什么聚合物能够拉伸至如此难以置信的距离。像自我修复一样，这种特性可以通过交联形成的根本改进来解释-聚合物分子之间的特殊化学键。在此过程中，分子的线性链被连接成类似于渔网的网状结构。

为了改善材料的性能，科学家首先设计了特殊的有机分子，这些分子以横向键连接到聚合物的短链上，从而形成称为配体的结构。这些配体然后结合形成更长的聚合物链，如具有固有延伸性的弹簧圈。

然后将金属离子添加到该材料中，该金属离子化学键合到配体上。结果，当拉伸所得材料时，结构中的节点被削弱-并使配体彼此分离。如果张力消失，则金属离子和配体的接近再次将栅格拉在一起。每个金属离子均与至少两个配体键合，即使其中一个键由于张力或损坏而丢失，但如果该键与配体足够接近，则该金属离子也可以恢复该键。



材料的化学结构解释了为什么损坏后能独立恢复形状。自愈发生在-20°C及以上的温度下，不需要特殊加热。



弹性体的物理性质（其可扩展性或修复速度）可以通过更改添加到有机物中的金属离子的数量和类型来改变。多亏了金属，聚合物也对电场产生反应，也就是说，这种人造肌肉可以通过计算机的电子脉冲来控制。



这种材料非常适合制作人造皮革，可以将其拉到肢体不健全的人的假肢上。当然，这种自修复的弹性体适用于覆盖可穿戴电子设备，智能手机，医疗设备，植入物等的外壳和外壳。ZhengBao

及其同事的科研成果已发表在《自然化学》杂志上（doi：10.1038 / nchem.2492，pdf）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN393387/