星期六, 11月 30

美首次研發能自愈聚合物凝膠手機摔碎不著急

   目前,當桌腿破裂或手機摔碎,我們要么拿去修理,要么換新的,但如果這些物品能自愈,修復受損或丟失的零件,那肯定是一件大喜事。美國科學家最近研製出的新凝膠就能使復雜的物品自我修復,研究發表在《納米快報》雜誌 ​​上。


  該研究的主要負責人、匹茲堡大學斯萬森工程學院化學和石油工程教授安娜·巴拉茲表示:“儘管此前已有科學家研製出了能修理小瑕疵的材料,但還沒有人研製出能讓受損物品大面積再生的系統,最新研究有望大大提高物品的使用壽命。” 

  該研究團隊受到了四肢能再生的兩棲動物的啟發,這類組織再生由三個關鍵的指令系統引導:開始、蔓延、終止,巴拉茲稱之為“美妙的動態級聯過程”,並希望在合成材料內復制這一過程。巴拉茲說:“我們需要研發出一套系統,其首先能感知材料的移除並啟動再生過程,接著讓這一過程不斷蔓延,直到材料達到理想的大小,然後終止。” 

  巴拉茲表示:“最大的挑戰是為合成材料提供輸送組織,生物有機體擁有循環系統來實現血細胞和遺傳物質等的輸送,但合成材料沒有這樣的系統,因此,我們需要研製出類似於傳感器的器件,來啟動並控制整個過程。” 

  新凝膠內嵌有納米棒,凝膠周圍被包含有單體和交聯劑(連接聚合物鏈的分子)的溶液所圍繞,這套系統可以復制整個動態級聯過程。當部分凝膠斷裂時,裂口附近的納米棒會扮演傳感器的角色並移到新的接口,納米棒一端的鍊或“邊緣”會使納米棒留在本地的接口,沿著納米棒表面的點會觸發凝膠同溶液內的單體和交聯劑發生聚合反應,從而再生出新凝膠。

  該論文的主要作者雍新(音譯)等研製出的計算模型可以對整個過程進行控制,使再生凝膠的外觀和表現與其替代的凝膠一樣,並終止該反應。巴拉茲說:“整個過程最完美也最具挑戰性的部分是設計出能承擔不同任務的納米棒,它們是整個動態級聯過程的關鍵,其厚約10納米,不足人類髮絲直徑的萬分之一。” 

  他們計劃改進整個過程並增強新舊凝膠之間的結合,這一點受巨杉樹的啟發。巴拉茲解釋道:“每棵巨杉樹都擁有中空的根部系統,當它們生長時,這些根部系統會相互交織,為樹木生長提供支撐。同樣,納米棒的邊緣也能讓再生的材料變得更強韌。”更進一步的研究重點是讓這一過程最優化以生長出多層,最終製造出擁有多重功能的更複雜材料。


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