材料百态

英国剑桥大学研究人员开发了一种柔软而坚固的新材料，外观和感觉就像软软的果冻，但其可承受相当于大象站在上面的重量，在压缩时就像一块超硬、防碎的玻璃。其还可完全恢复到原来的形状，即使其80%的成分是水。

无论是软的还是硬的、脆的还是强的，材料的行为方式取决于其分子结构。有弹性的橡胶状水凝胶具有许多有趣的特性，如韧性和自愈能力，使其成为研究的热门主题，但制造能够承压而不破碎的水凝胶是一个挑战。

该新材料的非水部分是聚合物网络，通过控制材料机械性能的可逆开/关相互作用保持在一起。这是第一次将如此显著的抗压性融入软材料中。研究人员称，玻璃状水凝胶的成功研制，开启了高性能软材料领域的新篇章。

该研究的第一作者、剑桥大学化学系黄泽欢（音译）博士说，为了制造具有所需机械性能的材料，研究人员使用了可逆交联剂。

研究团队使用称为葫芦脲的桶状分子来制造可以承受压缩的水凝胶。葫芦脲就是一种交联分子，它将两个客体分子固定在其空腔中，就像一个分子“手铐”。研究人员设计的客体分子在空腔内停留的时间比正常情况长，这使聚合物网络保持紧密连接，使其能够承受压缩。

研究人员表示，在80%的水含量下，一般认为它会像水气球一样破裂，但事实并非如此，它仍保持完整并承受巨大的压力。研究还发现，简单地改变“手铐”内客体分子的化学结构，就可轻松控制抗压强度。

为了制造类似玻璃的水凝胶，研究团队为“手铐”选择了特定的客体分子。改变“手铐”内客体分子的分子结构使材料的动力学显著“减慢”，最终水凝胶的机械性能从橡胶状变至玻璃状。

“超级果冻”具有广泛的潜在应用，包括柔性机器人、生物电子学，甚至作为用于生物医学的软骨替代品。在演示中，这种“超级果冻”材料可在汽车碾压后也幸存下来。研究人员还制作了一个水凝胶压力传感器，用于实时监测人体运动，包括站立、行走和跳跃。

目前，研究人员正在与工程和材料科学家合作，进一步开发这些材料以用于生物医学和生物电子学。相关研究成果公布在《自然·材料》上。（记者张梦然）

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