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智能人工肌肉可自我修复 高弹性新材料逆天
智能人工肌肉可自我修复 高弹性新材料逆天
作者:张阳 | 2016/4/25 17:04:42 | 浏览:3381 | 评论:0

斯坦福大学鲍哲南教授与南京大学李承辉副教授合作,利用配位键设计合成了一种高弹性的自修复材料。该研究为人工肌肉走向智能化又迈出了重要的一步。

智能人工肌肉可自我修复 高弹性新材料逆天

  资料图

自修复材料是近十几年来兴起的一种新型智能材料。它可以实现材料对自身裂纹的检测并自发完成对材料的修复,从而可以预防材料由于产生裂纹而存在的潜在破坏,在航天、军工、桥梁、建筑以及工程等领域中有着重要应用。传统材料为了追求高强度及柔韧性,通常都是由不可逆的共价键构筑而成的。这种共价键在断裂之后无法再重建,因此传统材料受损后很难修复。

目前,用于自修复材料的可逆化学键主要有两类。一类是可逆动态共价键,例如共轭双烯与烯烃或炔烃之间可逆的Diels-Alder反应,双硫键可逆的氧化还原反应等。另一类是非共价键相互作用,例如氢键、静电吸引、疏水作用、π-π堆积等分子间弱相互作用。这两种途径各有优缺点。

斯坦福大学鲍哲南教授与李承辉副教授合作,利用配位键设计合成了一种高弹性的自修复材料。这种配位键将具有物理(热)可逆性或者化学可逆性,因而能够用于构筑自修复材料。同时,由于配位键强度适中,将能够克服可逆共价键和非共价弱相互作用的缺点。

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  高弹性自修复材料

据斯坦福大学官网报道,这种新材料可以由1英寸(约2.5厘米)被拉伸到100英寸(约2.5米)以上。它还具有很强的自修复能力。一般情况下,被破坏的聚合物需要通过溶剂修复或热修复来恢复特性,但是这种新材料可在室温甚至低温条件下进行自修复。研究人员发现,它在零下20摄氏度的条件下也能自行修复。

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  修复人工肌肉器件

因此,该材料还可用于制造人工肌肉。近年来人们开始关注一种基于电活性聚合物的人工肌肉。基于电活性聚合物的人工肌肉具有应变高、柔软性好、质轻、无噪声等特点,被公认为最具发展潜力。利用本研究中的自修复材料所制备出的人工肌肉器件,能够随着电压变化不断膨胀与收缩,因此其动作可以通过外部电压来控制。而且,该人工肌肉受损后可自动修复,修复后的器件仍然可承受与修复前同样高的电压。

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