新材料能制成具有自愈功能的透明人造肌肉。

圖片來源:加州大學河濱分校

25日出版的《先進材料》雜志在一篇論文中,介紹了加州大學河濱分校科學家汪超(音譯)與同行聯合開發的一種擁有自愈能力的透明、高延展性導離子材料。這種材料可賦予機器人發生機械故障后的自愈能力、延長電動汽車及鋰離子電池使用壽命,以及改善醫學和環境監控領域中生物傳感器性能等,應用潛力廣泛。

新研究首次將自愈性材料與離子導體“合二為一”。自愈材料能自動修復使用造成的損耗、延長使用壽命并降低成本;而能讓離子在其內流動的離子導體,在能源儲存、太陽能轉換、傳感器和電子設備中扮演著重要角色。汪超表示:“研發集多種優越性能于一身的材料是科學界多年未解的難題,現在我們成功做到并已著手開發其相關應用。”

論文聯合作者、科羅拉多大學博爾德分校副教授克里斯托弗·開普林格之前研制的離子導體,能為人造肌肉供能并用其制成透明揚聲器,但出現機械故障后不能自我治愈。不能自愈的原因在于,這些聚合物內含的共價鍵在電化學環境下會發生反應,降低材料的性能。汪超利用離子偶極作用,讓帶電離子與極性分子之間耦合,從而大大提高了離子導體的穩定性,最終研制出集多種優越性能于一身的新型自愈材料。

這種橡膠類柔軟材料成本低、易生產,能延展到初始長度的50倍。當剪斷后,在室溫下24小時內即能重新連接起來(自愈),且自愈后僅5分鐘就能再次延展兩倍。

汪超團隊還利用新材料開發出新型人造肌肉。這種人造肌肉由三層材料堆積而成,上下兩層是能導電和自愈的新材料,中間層是透明的非導電橡膠類薄膜。他們施加電信號發現,人造肌肉能像人類二頭肌一樣開始活動;更重要的是,當其斷裂成兩段后,不依靠任何外來刺激就能恢復到與切斷前相同的性能水平。