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两种材料“联姻”生出能变形变色、可自我修复“后代”

2022-04-06 16:12:08   来源:中新网阅读量:19239   

四芳基琥珀腈具备力致变色性能,聚硅氧烷基液晶弹性体是一种经典的可逆变形材料,将两种材料结合,能产生类似于变色龙和壁虎联姻后的效果,即获得善于伪装,能自我修复的功能材料。

作为伪装大师,蝰蛇毛毛虫可以变形成蝰蛇形状吓跑捕食者,变色龙可以根据环境变化调节自己的肤色数百万年的自然进化,赋予许多生物不同的求生技能

从生物的生存技能中获取灵感

在自然界,伪装是一种非常重要的生存策略而另一种生存技能——断臂求生则是通过牺牲部分肢体或器官以逃脱捕捉一些海洋生物,如海星,章鱼和墨鱼等,幸运地具备了上述两种自我保护能力

受这些生物的启发,最近几年来,科学家们开发了多种仿生智能软驱动器,如人工章鱼,人造花卉和变色龙仿生器件等。

TASN具备力致变色性能,给它施加一个力或升高温度,它就会变成红色,温度降低,它的颜色又会逐渐变淡而LCE是一种经典的可逆变形材料,它很有弹性,在外界刺激下,例如在红外光的刺激下会运动,变形杨洪说

材料联姻后具有伪装,自愈功能

更有意思的是,TASN和LCE两种材料的结合,能产生类似于变色龙和壁虎联姻后的效果。

TASN与LCE组合成一个聚合物网络后,聚合物链上会有TASN基团当温度升高到一定程度时,TASN基团会断裂,变红,产生自由基,形成单个的聚合物分子链而当温度降低时,含TASN的聚合物分子链又会再次结合在一起但重新连接时,自由基可以选择其他的链段,这就相当于TASN以一种内部再造的方式让聚合物材料重新愈合了杨洪解释,这种材料变化过程,可以使材料重复使用和再次加工成型,延长了材料的使用寿命,并能满足实际应用中对材料多功能特性的要求

在杨洪展示的一个实验片段中,记者看到,一个用TASN—LCE材料制成的,具有Q弹功能的海星形状的软驱动器,在受热后逐渐变红,在近红外光的照射下又慢慢向上翘曲,收缩但当回到常温,消除照射后,海星又恢复如初

如果将TASN—LCE材料制成的软驱动器切割后重新拼接,经过一定时间和温度的修复,被切割的两段材料又会再度合二为一虽然宏观上看,材料又再次成型,但其实内部微观结构已经发生了变化杨洪说

这种新材料有望应用于多功能仿生软体机器人,视觉传感器和人工伪装等领域杨洪表示,例如,在一些机械装置难以企及的区域,就可以让能变形的,可自愈合的软体机器人过去探测,继而进行远程智能作业

不过,杨洪坦言,新材料想完成产业化,还需要一个漫长的过程,首先要解决的就是新材料的制作成本问题。

合成TASN—LCE材料,过程很复杂,而且合成过程使用的化学试剂很昂贵,有的还有剧毒杨洪表示,想成为工业原料,这款材料还要进行抗疲劳性等力学性能测试,这些都需要进一步展开系统研究

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