受樹木、貝類等生物的啟發(fā)，美國得州大學(xué)奧斯汀分校的研究人員首次創(chuàng)造出一種“智能塑料”。這種塑料利用光和催化劑改變同類分子的硬度和彈性等性質(zhì)，使它們就像許多生命形式一樣，有些地方又硬又堅固，有些地方又軟又有彈性。這種材料的韌性是天然橡膠的10倍，有望帶來更靈活的電子產(chǎn)品和機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新。這一成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。
帶圖案的樣品在單軸張力下被拉伸和松弛。如所見（左）和交叉偏振器（右）之間的樣品記錄（視頻截圖），使聚合物鏈排列可視化。黑暗、不透明的斑點是已經(jīng)硬化的區(qū)域。圖片來源：美國德州大學(xué)奧斯汀分校
該論文通訊作者、化學(xué)助理教授撒迦利亞·佩奇說：“這是這類材料中的第一個。”通過光的應(yīng)用來控制結(jié)晶，從而控制材料的物理性質(zhì)，這種能力對柔性機(jī)器人中的可穿戴電子設(shè)備或執(zhí)行器來說是潛在的變革。
長期以來，科學(xué)家們一直試圖用合成材料來模擬皮膚和肌肉等生物結(jié)構(gòu)的特性。當(dāng)混合使用不同的合成材料來模擬生命有機(jī)體的強度、靈活性等屬性時，不同材料之間的連接處經(jīng)常會分離并撕裂。
此次，研究人員從單體開始，這是一種小分子，與其他類似的分子結(jié)合在一起，形成被稱為聚合物的較大結(jié)構(gòu)，這種聚合物類似于最常用的塑料中的聚合物。在測試了十幾種催化劑后，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種催化劑，當(dāng)添加到他們的單體中并用可見光照射時，就會產(chǎn)生一種與現(xiàn)有合成橡膠中發(fā)現(xiàn)的聚合物類似的半結(jié)晶聚合物。在光線接觸的區(qū)域形成了更堅硬的材料，而未照射的區(qū)域保持著柔軟、有彈性的特性。
由于這種物質(zhì)是由一種材料制成的，擁有不同的機(jī)械性質(zhì)，因此它比大多數(shù)混合材料更堅固，還可以拉伸得更長。
該反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，只需不到1小時。單體和催化劑都是市面上可買到的。實驗中，研究人員使用了廉價的藍(lán)色LED作為光源，該過程快速、成本低、節(jié)能且對環(huán)境無害。
研究人員下一步將尋求用這種材料開發(fā)更多的物體，以繼續(xù)測試其可用性。該團(tuán)隊設(shè)想，這種堅固而靈活的材料可將電子元件固定在醫(yī)療設(shè)備或可穿戴設(shè)備中。在機(jī)器人技術(shù)中，同樣也需要這種材料來提高移動性和耐用性。
