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“超能”新资料1+1≥10
更新日期:2022-05-05 20:31:27 来源:环球体育官方网站登录

  你能幻想0.2克的“绳子”能够提起5千克重的物体吗?没开打趣,这是科研人员最新研宣布的一种力学功能惊人的新资料,它不光具有很好的拉伸功能,拉伸长度达600%,还十分坚韧。

  近来,美国北卡罗来纳州立大学Dickey试验室博士后王美香以榜首作者的身份在《天然—资料》宣布论文,介绍了这款新资料。它是一种离子液体凝胶,在抗拉伸功能和耐性上发明了这类资料的最高纪录,也展现出比水凝胶更宽广的运用远景。

  评定专家之一、美国麻省理工学院教授赵选贺以为,“这些通明的离子液体凝胶具有十分坚韧的机械功能,最大的亮点是制作简略、易于运用。”

  “一般凝胶的机械功能很弱,比方豆腐。但在天然界中也有破例,比方人体内的软骨。一些研讨人员一向在尽力制作坚韧的凝胶,这启发了咱们。”论文一同通讯作者、北卡罗来纳州立大学Dickey试验室负责人Michael D. Dickey教授告知《我国科学报》。

  此次发明出的离子液体凝胶含有超越60%的离子液体,首要包括丙烯酸和丙烯酰胺两种物质,前者是用于婴儿尿不湿吸水的首要资料,后者是用于隐形眼镜的首要资料。最终,混合资料兼具了聚丙烯酰胺和聚丙烯酸离子液体凝胶的长处,完成了1+1≥10的作用。

  王美香介绍,新资料通明度达90%以上,其内部的聚合物网络微结构使凝胶具有极高的力学功能,可拉伸且十分坚韧。拉伸的长度能达600%,模量有约50个兆帕,断裂强度约有13个兆帕。这是现在离子液体凝胶界的最高纪录。

  论文中展现的是,用0.2克离子液体凝胶资料轻松提起1千克分量的物体。事实上提起5千克也不在线千克的标准件,他们后来用5千克的水桶做了试验,资料自身没有任何破损。

  离子液体这种溶剂自身不蒸腾,且具有很高的热安稳性和导电性。因而,这款离子液体凝胶具有宽广的运用远景,“可用于电池、传感器、3D打印、驱动器和柔性电子设备等”。Dickey说。

  可穿戴柔性电子器件是当下科研抢手之一,对资料的要求极高,要一同满足可弯折、歪曲、拉伸等需求。以往用得较多的是传统柔性资料——水凝胶,但水凝胶的安稳性是个大问题,长时刻暴露在空气中会导致水分蒸腾、功能受损。

  “离子液体凝胶彻底能够代替水凝胶在可穿戴柔性电子器件上的运用。首要它很安稳,不蒸腾,不需求任何包覆;其次具有高导电性,不需求额定增加导电介质;可穿戴设备往往需求大变形,离子液体凝胶还能够用来开发应变传感器。”王美香说,“还有一点,它具有自愈合和形状回忆的特性。”

  长时刻以来,在凝胶资料范畴最火的非水凝胶莫属。实际上,水凝胶在生活中已适当常见。比方,隐形眼镜、果冻、龟苓膏等都是水凝胶的“产品”。

  自62年前水凝胶横空出世,科研人员便尽力发掘其力学功能,出现了很多重大效果。但同为凝胶资料,离子液体凝胶范畴的研讨则开展较慢,例如力学功能研讨仍是一块空白,很难到达与高强度水凝胶相媲美的程度。

  在这篇论文宣布之前,组成高强度离子液体凝胶并不简略。为了进步资料的力学功能,一些研讨人员选用多步法或许溶剂交流,整个进程耗时长、本钱高,并且浪费资源。

  应战不可能,这是科研作业者骨子里的基因。刚好离子液体这种溶剂的“七十二般改变”也让王美香入神。

  “望文生义,水凝胶用的溶剂只需一种,便是水,而离子液体凝胶用的溶剂是离子液体,有不计其数种,这正是它的魅力地点。”王美香对《我国科学报》说,离子液体在室温下是一种液态的熔融盐,含有正离子和负离子,只需熔融盐里的正负离子不相同,就能够完成离子液体的千变万化。

  开端,王美香把两种资料分开来做。当把丙烯酰胺溶到离子液体后,发生的凝胶跟她料想的彻底不相同,不通明、发白,就像晾干的面条相同特别脆,一碰就断。随后她又试了丙烯酸,做出来的凝胶则超级软,通明度到达百分百。

  彻底便是两种极点!这让她无比振奋,如果把三者混在一同,会擦出什么样的火花呢?

  “把丙烯酰胺和丙烯酸溶到离子液体里,再参加引发剂和交联剂,然后混匀,用高功率紫外灯照耀,3分钟就能制作出论文中这种新式混合资料。”王美香说,“便是这么简略。”

  王美香在西安交通大学读博期间,一向从事水凝胶研讨。她看到离子液体凝胶资料的巨大潜力,便萌生了调整研讨方向的主意。

  2018年12月,王美香在西安交通大学取得资料科学与工程博士学位后,进入北卡罗来纳州立大学Dickey试验室做博士后,首要致力于高机械功能凝胶资料的规划和制备,研讨其在可穿戴柔性电子器件、全固态电池以及超级电容器、传感器和驱动器等范畴的运用。

  在新的渠道,王美香顺畅转换到新赛道,开端离子液体凝胶资料研讨。可是,她刚进入北卡罗来纳州立大学,新冠疫情就来了,一下打乱了研讨方案。

  校园关闭,无法进入试验室,王美香就使用这段时刻查阅文献,为试验蓄能。在家“闭关”3个月后,总算等来复工的音讯,她便一头扎进试验里,每天在试验室待8个小时,把试验进程中看到的现象记录下来,晚上回家查资料剖析这些现象的成因。

  走运的是,这项作业从始至终都比较顺畅,这篇论文投给期刊也很快被接纳,评定专家都对该效果作了很高的点评。

  “接下来,咱们将进行运用方面的拓宽,把离子液体凝胶与3D打印技能相结合,用于开发新式柔性机器人。”王美香说。

  参加这项研讨的一共有9位作者,其间华人学者有4位,除了王美香,别的3位分别是论文一同通讯作者、西安交通大学教授胡建,西安交通大学硕士生张鹏尧,以及美国内布拉斯加州大学林肯分校研讨助理教授钱文。(记者 张晴丹)

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