科学家研制出兼具不易断裂和伸展性新材料

资料来源:佩-安德斯·佩特森/盖蒂

一种受贻贝启发的新材料展示了它的力量。它可以被拉伸而不破坏和修复它的分子键。因此，它可能有助于制造能够举起重物的机器人关节，或者它可以被包装起来以保护易碎物品不被意外跌落。相关结果最近发表在《科学》杂志上。

贻贝和其他一些软体动物利用粘附蛋白和硬纤维如塑料来抓住固体表面。这种纤维具有极强的张力，当内部的一些分子键断裂时，它能自我修复。对于贻贝来说，当波浪袭来时，这些可拉伸但仍然坚韧的纤维会派上用场。

加州大学圣巴巴拉分校的梅根·瓦伦丁和她的同事通过模拟贻贝使用的化学现象，创造了具有相同特性的塑料。铁和一种叫做儿茶酚的有机化合物之间的分子键使得在保持延展性的同时很难破坏或撕裂材料。

铁-儿茶酚键消耗来自撞击或拉伸这种材料的物体的能量。这些牺牲分子键会断裂，但整体结构仍然完好无损。“这有点像自行车头盔:如果你在骑自行车时出了事故，头盔里的泡沫会起到缓冲作用，消耗一些能量。最初，它导致所有来自颅骨骨折的能量进入头盔。”瓦伦丁说，“就我们开发的新材料而言，我们用分子键代替泡沫，这种分子键会做出牺牲，以保护下面的聚合物系统。”

通过牺牲铁-儿茶酚键，新材料可以拉伸50%。然后，一旦压力消失，分子键将重新形成并重复使用。与没有分子键的材料相比，添加分子键的塑料可拉伸770倍，韧性提高58倍。

“通常这需要一种平衡:你可以制造更难断裂但不太容易拉伸的材料，或者更容易断裂但更容易拉伸的材料。”麻省理工学院的尼尔森·霍尔顿-安德森说，“但是通过加入这些贻贝激发的分子键，研究人员成功地将牢不可破和可拉伸的特性结合起来。”(慢慢地)

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