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受極強(qiáng)蜘蛛絲的啟發(fā)，NTNU 的研究人員開發(fā)了一種新材料，可以克服以前在韌性和剛度之間進(jìn)行權(quán)衡的問題。
該材料是一種稱為彈性體的聚合物，因?yàn)樗哂蓄愃葡鹉z的彈性。新開發(fā)的彈性體具有在一個(gè)重復(fù)單元中具有八個(gè)氫鍵的分子，正是這些鍵有助于均勻分布施加在材料上的應(yīng)力并使其如此耐用。
八個(gè)氫鍵是非凡機(jī)械性能的起源,NTNU 結(jié)構(gòu)工程系力學(xué)與材料教授張志良說。該材料由 NTNU NanoLab 開發(fā)，部分由挪威研究委員會資助。
堅(jiān)硬且堅(jiān)韌的物質(zhì)
引入比平常更多的氫鍵的想法來自大自然。蜘蛛絲含有相同的結(jié)構(gòu)，在攻讀博士學(xué)位期間開發(fā)了這種新材料的卓一志說,我們知道它會產(chǎn)生非常特殊的特性。
科學(xué)家此前曾指出，蜘蛛絲——特別是提供蜘蛛網(wǎng)輻條和外緣的拉索絲——異常堅(jiān)硬和堅(jiān)韌。
剛度和韌性在工程中是不同的特性，并且通常是對立的。堅(jiān)硬的材料在變形之前可以承受很大的壓力，而堅(jiān)韌的材料在斷裂之前可以吸收大量的能量。例如，玻璃堅(jiān)硬但不堅(jiān)韌。
更強(qiáng)韌
到目前為止，在合成彈性體中復(fù)制蜘蛛絲的雙重剛度和韌性是不可能的。對于商業(yè)材料，如果你想要更高的剛度，你的韌性就會更低。這是一種權(quán)衡。你不能兩者兼得，張說。
該團(tuán)隊(duì)的新型彈性體具有不同的硬域和軟域。在設(shè)計(jì)和制造之后，該團(tuán)隊(duì)使用原子力顯微鏡（分辨率為幾分之一納米）來觀察材料的底層結(jié)構(gòu)，并觀察硬區(qū)和軟區(qū)之間的界面。
他們發(fā)現(xiàn)，除了分布應(yīng)力的八個(gè)氫鍵之外，硬域和軟域之間的剛度不匹配有助于通過鼓勵(lì)任何裂縫分支而不是沿著直線路徑繼續(xù)進(jìn)一步耗散能量。如果你有鋸齒形，你會產(chǎn)生一個(gè)大的斷裂面并耗散更多的能量，所以你有更高的韌性，張說。
柔性電子的未來？
除了其機(jī)械性能外，該材料還具有光學(xué)透明性，研究表明它甚至可以在高于 80°C 的溫度下自我修復(fù)。如果可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，這種新材料有朝一日可以用于柔性電子產(chǎn)品——尤其是更容易損壞和破損的可穿戴設(shè)備。
張和他的同事在 3 月份為他們的材料申請了專利，但他們繼續(xù)致力于為它引入其他理想的特性。他們材料中的軟域由一種稱為 PDMS 的硅基聚合物組成，但研究人員懷疑他們可以通過用其他物質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)來進(jìn)一步提高機(jī)械性能。
他們還希望擴(kuò)展材料的特性，包括防冰,在低溫下阻止冰粘在上面和防污,防止貽貝和藻類等水生生物附著在上面,所以它可以在極端條件下使用，例如作為北極。這種材料是一個(gè)很好的起點(diǎn)，但我們想添加一些其他功能，張說。
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來源：賢集網(wǎng)
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