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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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新設(shè)計實現(xiàn)聚合物剛度和拉伸性獨立控制
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新設(shè)計實現(xiàn)聚合物剛度和拉伸性獨立控制 2024-11-28 來源: 科技日報 張佳欣【字體:大 中 小】語音播報 由交聯(lián)可折疊的瓶刷狀聚合物形成的網(wǎng)絡(luò)(藝術(shù)圖)。圖片來源:美國弗吉尼亞大學(xué) 傳統(tǒng)材料學(xué)認(rèn)為,聚合物材料越硬,可拉伸性就越差。美國弗吉尼亞大學(xué)研究人員開發(fā)了一種新型聚合物設(shè)計方法,可能會顛覆這一延續(xù)近200年的傳統(tǒng)觀念。相關(guān)成果以封面論文的形式發(fā)表在27日《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。 研究人員表示,他們正在解決一個自1839年硫化橡膠發(fā)明以來就被認(rèn)為無法解決的難題。當(dāng)時,美國發(fā)明家查爾斯·固特異意外發(fā)現(xiàn),將天然橡膠與硫磺加熱后,橡膠分子鏈之間會形成化學(xué)交聯(lián)。交聯(lián)過程中形成聚合物網(wǎng)絡(luò),使原本在高溫下會熔化和流動的黏性橡膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟陀、有彈性的材料。從那時起,人們一直認(rèn)為,如果想要讓聚合物網(wǎng)絡(luò)材料變硬,就必須犧牲其部分可拉伸性。 然而,弗吉尼亞大學(xué)研究人員用其研發(fā)的新型可折疊瓶刷狀聚合物網(wǎng)絡(luò)證明事實并非如此。 剛度和拉伸性是相互關(guān)聯(lián)的,因為它們源于相同的構(gòu)成單元——通過交聯(lián)連接的聚合物鏈。傳統(tǒng)上,使聚合物網(wǎng)絡(luò)變硬的方法是增加交聯(lián)的數(shù)量。然而,這么做無法解決剛度與拉伸性之間的權(quán)衡問題。更多的交聯(lián)雖然可讓聚合物網(wǎng)絡(luò)更硬,但變形自由度卻變得更低,拉伸時很容易斷裂。 新設(shè)計的可折疊結(jié)構(gòu)并非簡單的線性聚合物鏈,而是呈現(xiàn)出類似瓶刷的結(jié)構(gòu),其中有許多靈活的側(cè)鏈從中心主鏈上輻射而出。主鏈能像手風(fēng)琴一樣折疊和展開,在材料被拉伸時,聚合物內(nèi)部的隱藏長度會展開,使其伸長量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)聚合物的40倍以上,且不會減弱其性能。此外,側(cè)鏈還決定了材料的剛度,從而實現(xiàn)了剛度和拉伸性的獨立控制。這種新方法側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)鏈的分子設(shè)計,而非交聯(lián)。 這種可折疊瓶刷狀聚合物網(wǎng)絡(luò)可3D打印,即使與無機(jī)納米粒子混合后,仍然能保持3D打印能力。這些無機(jī)納米粒子經(jīng)過設(shè)計,可展現(xiàn)出復(fù)雜的電學(xué)、磁學(xué)或光學(xué)性質(zhì)。例如,可以向其中添加導(dǎo)電納米粒子,這對可拉伸和可穿戴電子設(shè)備至關(guān)重要。 |

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