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新材料“玻璃凝胶”既坚硬又可拉伸

2024.6.21

  美国北卡罗来纳州立大学研究人员创造了一种名为“玻璃凝胶”的新材料,这种材料含有超过50%的液体,非常坚硬而且难以破碎。由于其生产也比较容易,这种材料有望应用于多个领域。相关论文19日发表在《自然》杂志上。

  顾名思义,“玻璃凝胶”这种材料像玻璃一样硬,但在施加足够的力时,可以被拉伸到原来长度的5倍而不断裂。更重要的是,这种材料在拉伸后,还能通过加热恢复到原始形状。

  玻璃凝胶结合了玻璃和凝胶两种材料的特性。为了制造这种材料,研究人员从玻璃聚合物的液体前体开始,将其与离子液体混合;然后将混合液倒入模具中,暴露在紫外线下,使材料“固化”;最后,研究人员移除模具,留下玻璃状的凝胶。

  离子液体像水一样是一种溶剂,但它完全由离子组成。通常情况下,当向聚合物中添加溶剂时,溶剂会推动聚合物链分离,使聚合物变得柔软且可拉伸。

  这就是为什么湿式隐形眼镜是柔韧的,而干式隐形眼镜则不是。

  在玻璃凝胶中,溶剂推动玻璃聚合物中的分子链分离,这使得它可像凝胶一样拉伸。然而,溶剂中的离子被聚合物强烈吸引,这阻止了聚合物链的移动。链无法移动是它呈玻璃状的原因。最终结果是,由于吸引力,材料变硬,但由于额外的间距,它仍然能够拉伸。

  玻璃凝胶的一个关键特性在于,它们50%以上是液体,这使得它们比物理特性类似的普通塑料能更有效地导电。它们也不会蒸发或变干燥。此外,玻璃凝胶表面具有很强的黏附性,这对于硬质材料来说是不寻常的特性。

  研究人员发现,玻璃凝胶可用各种不同的聚合物和离子液体制成,并且制造过程简单,可在任何类型的模具中固化或通过3D打印来完成。

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