科技生活丨水凝膠變身「超級啫喱」 玻璃狀態汽車碾壓不碎裂

［星島綜合報道］劍橋大學的科學家們開發了一種新型的軟材料，這種材料能夠承受巨大的力量。這種新型水凝膠被稱爲「超級啫喱」(super jelly)，它有一種獨特的內部結構，類似於分子手銬，通過進入一種玻璃狀的狀態來應對壓力，使其在被汽車碾壓時不會被壓碎。

材料科學家一直對水凝膠（Hydrogels）非常感興趣。它們的高含水量特性使其適合於人體使用，並使其具有彈性和自我修復性能，可用於機械人、先進的隱形眼鏡、人工組織和傷口癒合。這項新研究的負責人試圖通過調整潛在的分子結構來擴大這些功能。

這項研究發表在《自然材料》期刊(Nature Materials)，研究的主要負責人黃澤寰博士（Dr Zehuan Huang）表示：「爲了製造出具有我們想要的機械性能的材料，我們使用了交聯劑(crosslinkers)，即兩個分子通過化學鍵連接在一起。我們使用了可逆交聯劑來製作柔軟、有彈性的水凝膠，但製作堅硬、可壓縮的水凝膠是很困難的，設計具有這些特性的材料是完全違反邏輯和常識。」

 

爲了實現這一目標，科學家們轉向了一種叫做葫蘆的桶狀分子「葫蘆脲」(cucurbiturils)，它可以在其腔內將一對對其他分子像手銬般連接在一起。然後，他們使用了專門設計的分子，這些分子在這個腔內停留的時間比通常更長，這使得網絡緊密地連接在一起，並使其從一種類似橡膠的狀態轉變爲一種類似超硬、防碎玻璃的狀態。

根據研究小組的說法，這使得「超級啫喱」能夠承受相當於一隻大象站在上面的力量，而不會被壓扁。在沒有大象在場的情況下，研究小組用汽車碾過這種材料進行測試，展示了它如何恢復到原來的形狀。

領導這項研究的Oren A. Scherman教授說：「當它的含水量達到80%時，你可能會認爲它會像水球一樣破裂，但事實並非如此，它能保持完整，抵受了巨大的壓力。」

科學家們還用這種新材料製作了一種用於人類站立、行走和跳躍等動作的壓力傳感器。他們現在正在繼續開發這種材料，目標是將其應用於生物醫學，如軟骨置換，以及可能的「軟機械人」。

「據我們所知，這是第一次製造出玻璃樣的水凝膠，」黃澤寰博士說：「我們不僅僅是在教科書中寫入一些令人興奮的新東西，我們還在高性能軟材料領域開啓了一個新的篇章。」

圖片：University of Cambridge

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