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新材料“玻璃凝胶”既坚硬又可拉伸

中华新闻网 2024-06-22 14:36

美国北卡罗来纳州立大学研究人员创造了一种名为“玻璃凝胶”的新材料，这种材料含有超过50%的液体，非常坚硬而且难以破碎。由于其生产也比较容易，这种材料有望应用于多个领域。相关论文19日发表在《自然》杂志上。

顾名思义，“玻璃凝胶”这种材料像玻璃一样硬，但在施加足够的力时，可以被拉伸到原来长度的5倍而不断裂。更重要的是，这种材料在拉伸后，还能通过加热恢复到原始形状。

玻璃凝胶结合了玻璃和凝胶两种材料的特性。为了制造这种材料，研究人员从玻璃聚合物的液体前体开始，将其与离子液体混合；然后将混合液倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料“固化”；最后，研究人员移除模具，留下玻璃状的凝胶。

离子液体像水一样是一种溶剂，但它完全由离子组成。通常情况下，当向聚合物中添加溶剂时，溶剂会推动聚合物链分离，使聚合物变得柔软且可拉伸。

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在玻璃凝胶中，溶剂推动玻璃聚合物中的分子链分离，这使得它可像凝胶一样拉伸。然而，溶剂中的离子被聚合物强烈吸引，这阻止了聚合物链的移动。链无法移动是它呈玻璃状的原因。最终结果是，由于吸引力，材料变硬，但由于额外的间距，它仍然能够拉伸。

玻璃凝胶的一个关键特性在于，它们50%以上是液体，这使得它们比物理特性类似的普通塑料能更有效地导电。它们也不会蒸发或变干燥。此外，玻璃凝胶表面具有很强的黏附性，这对于硬质材料来说是不寻常的特性。

研究人员发现，玻璃凝胶可用各种不同的聚合物和离子液体制成，并且制造过程简单，可在任何类型的模具中固化或通过3D打印来完成。

【总编辑圈点】

凝胶和玻璃，历来被视为两类截然不同的材料。现在，玻璃凝胶横空出世，可以通过调整单体和溶剂的比例、选择和温度，让它表现得更像玻璃或更像凝胶。它仅需通过光聚合反应就可形成，机械性能却与普通塑料相当。这意味着，通过一种简单方法，人们就可以获得兼具玻璃态聚合物、热塑性塑料和凝胶优点的新材料。