这种玻璃状凝胶是一种令人惊讶的新型材料,可以自愈

在一个偶然的发现中,研究人员创造了一类称为“玻璃凝胶”的新型材料,这种材料是半液体但难以破碎的。

这些凝胶具有弹性,具有奇怪的粘合性,并且在切割时能够“自我修复”,这些凝胶的惊人特性可能使它们比常用塑料更广泛地使用,这些塑料要么坚硬易碎,要么柔软且易于撕裂。

“我们创造了一类我们称之为玻璃凝胶的材料,它们与玻璃聚合物一样坚硬,但是 - 如果你施加足够的力 - 可以拉伸到其原始长度的五倍,而不是断裂,”Michael Dickey,北卡罗来纳州立大学(NCSU)材料科学家。

但是,就像许多偶然的科学发现一样,目标从来都不是制造一类全新的物质,Dickey告诉ScienceAlert。

“我们偶然发现了这些有趣的材料,”他说,当时NCSU研究员Meixiang Wang正在试验离子晶体,这种材料由一种被导电离子液体膨胀的聚合物制成。

Wang试图制造可拉伸的可穿戴设备,这些设备可用于压力传感器,其他医疗设备或机器人技术。通过改变成分,Wang生产了一种凝胶,首先看了就像一块“普通的透明、柔性塑料”,在测试之前表明它非常坚硬——但不像其他普通塑料那样脆。

“一旦我们意识到它们具有非凡的特性,我们就会深入研究它们,”Dickey说。

玻璃状凝胶是用离子液体制成的,离子液体类似于水,但完全由带电粒子制成,使其能够导电。当与聚合物前体混合时,液体将聚合物链推开,使材料柔软而有弹性。同时,离子也被聚合物链强烈吸引,阻止它们分离。

“最终结果是,由于吸引力,材料很硬,但由于额外的间距,仍然能够拉伸,”解释迪克。

玻璃状凝胶不会变干,即使它们由50%到60%的液体组成,测试表明它们具有“巨大”的断裂强度和韧性。

这种材料还可以“自我修复”,如果被切割,就会重整,并且具有一种记忆,可以让拉伸的凝胶保持其形状,只有在加热时才会收缩到原来的形状。

虽然不寻常,但这种再生特性不是特别新,尤其是在有弹性的凝胶状材料.最近,科学家们成功地完成了一项更艰巨的任务,即制造典型的刚性材料,例如五金,玻璃,太阳能电池板混凝土破裂时会愈合。如果商业化,像这样的材料,在损坏时能够自我修复,可以帮助减少建筑中的浪费,电子学时尚行业。

但是,这种玻璃凝胶的非凡性质的奇怪组合是研究人员想要进一步探索的。

“也许玻璃凝胶最有趣的特征是它们的粘性,”Dickey说.“我们了解是什么让它们变得坚硬和可拉伸,[但]我们只能推测是什么让它们如此粘稠。

在这些凝胶可以以任何实际方式使用之前,显然需要对“凝胶”进行更多的测试和优化,但考虑到潜在的应用,Dickey说,导电的坚韧材料(如凝胶)在电池中很有用。

其他潜在用途包括使用比熔融加工更简单的技术3D打印类似塑料的材料 - 目前用于从起始树脂生产商业塑料的方法。这个过程通常涉及将产品运送到多个设施进行塑料生产的每个步骤,而玻璃凝胶可以注射到模具中并用紫外线固化。

但在开始应用之前,Dickey说他的团队希望更好地了解这些材料如何形成的基础知识,以及为什么溶剂与聚合物的“神奇比例”创造了凝胶的独特性能。

“考虑到它们拥有的独特特性的数量,我们乐观地认为这些材料将是有用的,”王.

该研究已发表在自然界.

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