氫化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)是一種在家庭環境中廣泛應用的塑膠材質,而科學家透過修補它的化學結構,成功讓它升級為一種可重複使用的粘合劑,並具有獨特和巨大的前景。一小塊物質可以用來黏住大約 300 磅(136 公斤)的重量,研究人員聲稱它是科學上已知的最堅韌的材料之一。
SEBS 在家庭環境中應用廣泛,可以在牙刷、車把柄和尿布中找到,美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的科學家們透過對其化學結構進行調整,使其具備了強大的新功能。
科學家透過稱之為動態交聯(dynamic crosslinking)的過程實現,該過程能夠使通常不相容的材料發生橋接。科學家們利用這一技術,在被稱為硼酸酯(boronic esters)的化合物的幫助下,將二氧化矽奈米顆粒和聚合物結合起來,形成了一種他們稱之為 SiNP 的新型交聯複合材料。硼酸酯是該粘合劑可重複使用的關鍵,因為它們使交聯鍵能夠反覆形成和斷開。
主要作者 Md Anisur Rahman 說:“一個基本的發現是,SEBS 上的硼酸酯可以與 SiNP 上的羥基--氧和氫--重新排列鍵,以適應苛刻工作的特性。我們還發現與各種具有羥基的表面形成類似的可逆硼酸酯鍵”。
這些交聯鍵實際上在這種新型材料內部發生了變化,這使得它能夠強有力地粘附在表面上,足以讓一平方釐米的材料撐起大約 300 磅的重量。研究人員還進行了韌性測試,他們試圖透過力量來分離材料,這種材料的效能已經脫胎換骨,超過了他們在研究中測試的所有市售粘合劑。科學家們說,強度和延展性的結合使其成為有史以來最堅韌的材料之一。
ORNL 科學家和通訊作者 Tomonori Saito 說:“強韌的粘合劑很難設計,因為它們需要結合通常不相容的軟硬特徵。挑戰一直是在不犧牲強度的情況下增加你在柔性材料中得到的韌性。我們的方法使用動態化學鍵來開發一種新型的粘合劑,具有目前材料中所沒有的顯著特性”。