早在2008年,法国巴黎高等理工化工学校的研究人员已表示,一种经过特殊设计的橡胶配合物在被损坏后,能够恢复其机械性能,并且能反复自我修复数次。
美国斯坦福大学的化学工程师Zhenan Bao与同事们结合了之前提出的几种观念,开发出一种自我修复高分子聚合物。迄今为止,所有的这些聚合物被证实只有很低的导电性,因此在电子传感器方面很少使用。
刊登在近期出版的《自然―纳米技术》期刊上的研究报告称,研究人员详细叙述了他们是如何增强自我修复聚合物的导电性的。研究人员合并了镍原子,让电子能在金属原子间跳跃。
这样一来,聚合物对压力、扭力等作用力十分敏感,因为这些力能够改变镍原子间的距离,从而影响电子跳跃的难度,改变聚合物的电阻。
为了实验这种物质的机械性能与电气性能,这些能力让这种材料被损害之后能反复恢复到其初始状态,研究人员用解剖刀将该聚合物完全切断。然后将切口轻轻按压在一起,15秒钟后,研究人员发现样品的传导性恢复了98%。并且,就像巴黎高等理工化工学校研究小组的橡胶配合物那样,斯坦福研究小组的聚合物也能反复不断地恢复。
“我认为,这是一种突破性的进展。”都柏林三一学院CRANN纳米科学研究所化学家John J. Boland说,“这是我们第一次看到这种兼具机械和电气性能的自我修复材料。”不过,也对“仅仅使用一把解剖刀就能非常精确地切开材料,而不会引发伤口局部机械变形”表示怀疑。Boland指出,失误会导致机械拉伸,使材料伸展,产生大的疤痕,并且不会完全自我修复。
现在,Bao研究小组正在努力让这种材料看上去更像人类皮肤。“我认为,如果能做出人造自愈皮肤橡皮圈,这将非常有趣。因为目前材料虽然很灵活,但是仍然无法伸缩,这是我们研发的下一代自愈皮肤需要解决的问题。”人类皮肤是一种特殊的材料:需要很强的可塑性,以便于在“用户”攥紧拳头时,皮肤不会破裂。需要对诸如抚摸和压力等外界刺激感觉灵敏,这些感觉以电波信号的方式被测量到,因此皮肤还需要导电性。更重要的是皮肤必须在日久天长的磨损中幸存下来,于是,需要自我修复能力。目前,来自美国加利福尼亚州的研究人员设计出一种新“皮肤”,这种皮肤是一种兼具可塑性、导电性、自我修复能力的高分子聚合物。
实际上,这一成果部分地得益于“表皮电子学”持续十年的短暂繁荣,微薄灵活的电路产品足以附着在皮肤上,例如能够用于可佩戴的心律监护器;或是为假肢提供触感灵敏的肌肤状物质。
但是,一直以来科学家面临一个难题,就是硅,电子工业的基础物质,是易碎的。因此很多研究小组致力于寻找不同的方式,来制造灵活的电子传感器。同时,化学家们也对“自我修复”高分子材料越来越感兴趣。
听上去也许很像科幻小说,不过几个研究小组确实制作出了这种材料,当科学家用灯光照射加热,或者仅仅将切开的边缘合在一起时,它们就能够再聚合在一起。
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