英國劍橋大學研究人員開發了一種柔軟而堅固的新材料，外觀和感覺就像軟軟的果凍，但其可承受相當於大象站在上面的重量，在壓縮時就像一塊超硬、防碎的玻璃。其還可完全恢復到原來的形狀，即使其80%的成分是水。
無論是軟的還是硬的、脆的還是強的，材料的行為方式取決於其分子結構。有彈性的橡膠狀水凝膠具有許多有趣的特性，如韌性和自愈能力，使其成為研究的熱門主題，但製造能夠承壓而不破碎的水凝膠是一個挑戰。
該新材料的非水部分是聚合物網路，透過控制材料機械效能的可逆開/關相互作用保持在一起。這是第一次將如此顯著的抗壓性融入軟材料中。研究人員稱，玻璃狀水凝膠的成功研製，開啟了高效能軟材料領域的新篇章。
該研究的第一作者、劍橋大學化學系黃澤歡（音譯）博士說，為了製造具有所需機械效能的材料，研究人員使用了可逆交聯劑。
研究團隊使用稱為葫蘆脲的桶狀分子來製造可以承受壓縮的水凝膠。葫蘆脲就是一種交聯分子，它將兩個客體分子固定在其空腔中，就像一個分子“手銬”。研究人員設計的客體分子在空腔內停留的時間比正常情況長，這使聚合物網路保持緊密連線，使其能夠承受壓縮。
研究人員表示，在80%的水含量下，一般認為它會像水氣球一樣破裂，但事實並非如此，它仍保持完整並承受巨大的壓力。研究還發現，簡單地改變“手銬”內客體分子的化學結構，就可輕鬆控制抗壓強度。
為了製造類似玻璃的水凝膠，研究團隊為“手銬”選擇了特定的客體分子。改變“手銬”內客體分子的分子結構使材料的動力學顯著“減慢”，最終水凝膠的機械效能從橡膠狀變至玻璃狀。
“超級果凍”具有廣泛的潛在應用，包括柔性機器人、生物電子學，甚至作為用於生物醫學的軟骨替代品。在演示中，這種“超級果凍”材料可在汽車碾壓後也倖存下來。研究人員還製作了一個水凝膠壓力感測器，用於實時監測人體運動，包括站立、行走和跳躍。
目前，研究人員正在與工程和材料科學家合作，進一步開發這些材料以用於生物醫學和生物電子學。相關研究成果公佈在《自然·材料》上。
文/科技日報記者 張夢然
編輯/範輝
