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新型"玻璃凝膠"材料具有奇特的強(qiáng)度、伸縮性和粘性
文章來(lái)源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-07-02 15:29:26
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凝膠和玻璃處于材料光譜的兩端，但北卡羅來(lái)納州立大學(xué)（NCSU）的工程師們開(kāi)發(fā)出了一種新型"玻璃凝膠"，它既堅(jiān)固又柔韌，還具有粘性和自愈性。 玻璃聚合物是一種塑料，具有類似玻璃的特性--強(qiáng)度高、硬度大、剛度高，但通常也比較脆，如果試圖彎曲或拉伸就會(huì)斷裂。凝膠則柔軟而有彈性，但也很脆弱。現(xiàn)在，北卡羅來(lái)納大學(xué)的研究小組開(kāi)發(fā)出了一種新材料，它結(jié)合了這兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。 該研究的通訊作者邁克爾-迪基（Michael Dickey）說(shuō)："我們創(chuàng)造了一類被稱為玻璃凝膠的材料，這種材料和玻璃聚合物一樣堅(jiān)硬，但如果施加足夠的力，它可以拉伸到原來(lái)長(zhǎng)度的五倍，而不會(huì)斷裂。更重要的是，一旦材料被拉伸，你可以通過(guò)加熱使其恢復(fù)原狀。此外，玻璃凝膠的表面具有很強(qiáng)的粘附性，這在硬質(zhì)材料中并不多見(jiàn)。" 為了制造玻璃狀凝膠，研究小組將玻璃狀聚合物的液態(tài)前體分子與離子液體結(jié)合在一起。然后將混合物倒入模具中，暴露在紫外線下使其固化，最后從模具中取出。這種離子液體起著溶劑的作用，使材料同時(shí)具有玻璃和凝膠的功能。 迪基說(shuō)："通常情況下，當(dāng)你在聚合物中加入溶劑時(shí)，溶劑會(huì)推開(kāi)聚合物鏈，使聚合物變得柔軟、可拉伸。在玻璃凝膠中，溶劑會(huì)將聚合物分子鏈推開(kāi)，使其像凝膠一樣可拉伸。然而，溶劑中的離子會(huì)強(qiáng)烈吸引聚合物，從而阻止聚合物鏈移動(dòng)。鏈條無(wú)法移動(dòng)就使其成為玻璃狀。最終的結(jié)果是，由于吸引力的作用，材料變得堅(jiān)硬，但由于額外的間距，材料仍然能夠拉伸。" 盡管按重量計(jì)算，這些玻璃凝膠的液體含量超過(guò) 54%，但它們的斷裂強(qiáng)度達(dá)到 42 兆帕、韌性達(dá)到 110 兆焦耳/立方米、屈服強(qiáng)度達(dá)到 73 兆帕、楊氏模量達(dá)到 1 千兆帕。研究小組說(shuō)，這些數(shù)據(jù)與聚乙烯等熱塑性塑料相似，但與這些材料不同的是，它們還能被拉伸至原始長(zhǎng)度的五倍。 一種名為玻璃凝膠的新型材料樣品 玻璃凝膠的其他優(yōu)點(diǎn)還包括能夠自我修復(fù)，只要稍微加熱就能恢復(fù)原狀。它們的高液體含量也使它們成為更有效的導(dǎo)電體，而且它們的表面還具有粘合性，但研究小組并不完全清楚其中的原因。最有用的是，這些玻璃凝膠相當(dāng)容易制造。 "制造玻璃態(tài)凝膠是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程，可以通過(guò)在任何類型的模具中固化或 3D 打印來(lái)完成，"迪基說(shuō)。"大多數(shù)具有類似機(jī)械性能的塑料都需要制造商將聚合物作為原料進(jìn)行生產(chǎn)，然后將聚合物運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)工廠，在那里聚合物被熔化并形成最終產(chǎn)品。" 到目前為止，研究人員還不確定這些玻璃凝膠可能會(huì)有哪些應(yīng)用，但他們相信，這種新材料具有一系列令人感興趣的特性，最終可能會(huì)被證明非常有用。 這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然》雜志上。研究小組在下面的視頻中展示了玻璃凝膠。 |
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