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NTNU挪威科技大学研究人员开发一种新材料
时间:2021-09-13 13:31:13

受极强的蜘蛛丝的启发,NTNU挪威科技大学研究人员开发了一种新材料,它打破了以前看到的韧性和硬度之间的权衡。 这种材料是一种被称为弹性体的聚合物,因为它具有类似橡胶的弹性。

新开发的材料特点是在一个重复单元中有八个氢键的分子,正是这些氢键帮助均匀地分配施加在该材料上的压力,使其如此耐用。八个氢键是非凡机械性能的起源。这种材料是在NTNU纳米实验室开发的,部分资金来自挪威研究委员会。

引入比通常数量更多氢键的想法来自于大自然的蜘蛛丝,后者含有相同的结构,我们知道它可以产生非常特殊的性能。科学家们先前已经注意到,蜘蛛丝既特别坚硬又有韧性。坚硬和韧性是工程中截然不同的特性,而且往往是对立的。坚硬的材料在变形前可以承受很大的压力,而韧性的材料在断裂前可以吸收很大的能量。例如,玻璃是坚硬的,但不是韧性的。

对于商业材料,如果你想拥有更高的硬度,你的韧性就会降低。这是一种权衡。你不能两者兼得,该团队研发的新弹性材料具有明显的硬域和软域。在设计和制造之后,该团队使用分辨率为几分之一纳米的原子力显微镜观察材料的基本结构,并观察软硬区域之间的界面。

他们看到,除了八个氢键分布应力外,硬域和软域之间的硬度不匹配也有助于进一步耗散能量,鼓励任何裂缝分支,而不是沿着直线继续前进。除了其机械性能,这种材料还具有光学透明性,研究表明它甚至可以在高于80℃的温度下自我修复。如果可以扩大生产规模,这种新材料有朝一日可以用于柔性电子产品,特别是更容易损坏和破损的可穿戴设备。

研究人员于3月为他们的材料申请了专利,但他们继续努力为其引入其他理想的特性。他们的材料中的软域是由一种被称为PDMS的硅基聚合物构成的,但研究人员怀疑他们可以通过实验使用其他物质来进一步改善机械性能。

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