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塑料皮肤可自我修复

发布时间:2021-01-11 16:41:29 阅读: 来源:彩钢瓦厂家

塑料“皮肤”可自我修复

用手术刀切开后,这种新型高分子聚合物能够自我恢复大部分的机械和电气性能。   图片来源:BenjaminTeeandChaoWang   本报讯(记者唐凤)人类皮肤是一种特殊的材料:它需要很强的可塑性,以便于在“用户”攥紧拳头时,皮肤不会破裂。它需要对诸如抚摸和压力等外界刺激感觉灵敏,而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,它需要自我修复能力。目前,来自美国加利福尼亚州的研究人员设计出了一种新“皮肤”,这种皮肤是一种兼具可塑性、导电性和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。   这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。   早在2008年,法国巴黎高等理工化工学校的研究人员就表示,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ZhenanBao和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,该聚合物对压力、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,并改变聚合物的电阻。   为了实验这种物质的机械性和电气性能——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秒钟之后,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JohnJ.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,他也对“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。”她说,“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。”   《中国科学报》(2012-11-14第2版国际)

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