美研制出可反復(fù)愈合的觸敏塑料“皮膚”
美國斯坦福大學(xué)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)研制出*具有敏銳觸感且在室溫下能迅速、反復(fù)愈合的人工合成材料。此進(jìn)展或?qū)?dǎo)致更智能假肢或更有彈性的可自我修復(fù)個(gè)人電子產(chǎn)品的出現(xiàn)。該研究成果發(fā)表在11月11日《自然·納米技術(shù)》雜志上。
研究人員一直在竭力模仿人類皮膚的性能，如皮膚的觸感（發(fā)送給大腦的關(guān)于壓力和溫度的信息）以及的自愈能力。斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系鮑哲南教授及其團(tuán)隊(duì)成功地將上述兩項(xiàng)性能集成在單個(gè)合成材料中。
在過去的10年中，人造皮膚研究取得了重大進(jìn)展，但即使是zui有效的自我修復(fù)材料仍具有重大缺陷。有些因必須暴露在高溫條件下而無法實(shí)用，有些雖在室溫下可以愈合，但修復(fù)創(chuàng)口會(huì)改變其機(jī)械或化學(xué)結(jié)構(gòu)，所以其只能使用一次。zui重要的是，還沒有出現(xiàn)一種自愈合材料具有良好的電導(dǎo)性。
鮑哲南團(tuán)隊(duì)經(jīng)由兩種成分的混合成功地達(dá)到了兩全其美的效果——塑料聚合物的自我修復(fù)能力和金屬的導(dǎo)電性。他們使用的塑料包含有氫鍵連接的長鏈分子，這些分子很容易打散，當(dāng)其重新連接時(shí)，氫鍵就能自我重組和恢復(fù)材料的結(jié)構(gòu)。
研究人員在這種彈性聚合物中添加了微小的金屬鎳顆粒以增加其機(jī)械強(qiáng)度。鎳顆粒的納米級表面是粗糙的，這對材料形成導(dǎo)電性至關(guān)重要。其每個(gè)突出的邊緣都聚集了一個(gè)電場，使電流更容易從一個(gè)粒子到達(dá)下一個(gè)粒子，從而使塑料聚合物具備電導(dǎo)性。
研究人員對該材料在受損后機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性的恢復(fù)能力進(jìn)行了檢測。他們?nèi)∮帽畈牧喜⒅谐蓛砂?。將其放在一起輕輕按壓幾秒鐘后，材料可恢復(fù)其原始機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電率的75%；如果按壓30分鐘，材料性能的恢復(fù)接近*。更重要的是，同一樣品可在同一個(gè)地方反復(fù)切削，經(jīng)過50次切削和修復(fù)，樣品的柔韌性和伸展度仍完好如初。
該團(tuán)隊(duì)還探討了該材料的壓敏特性。電子在材料中形成電流的過程，類似于在石頭間跳躍越過小溪。鎳顆粒就扮演了石頭的角色，它們間的距離決定了一個(gè)電子需要多少能量從一塊石頭跳躍到另一塊。合成皮膚上的扭曲或按壓會(huì)改變鎳顆粒間的距離，也就改變了電子跳躍的難易程度。這些細(xì)微的電阻變化可被轉(zhuǎn)換成皮膚受到壓力和張力的信息。研究人員表示，該材料可探測到握手產(chǎn)生的壓力變化。
鮑哲南表示，該材料對下壓和屈曲都非常敏感，因此未來的假肢在關(guān)節(jié)處將有更好的彎曲度。覆有該種材料的電氣設(shè)備和電線也可自我修復(fù)，使電力維護(hù)變得不再困難和昂貴，尤其是在難以到達(dá)的地方，如建筑物墻壁或是車輛內(nèi)。研究團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)是使材料更透明和更具彈性，以適于電子設(shè)備或顯示屏的包裝和覆蓋。
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