研究人員開發具有非凡機械性能的新材料 靈感源於蜘蛛絲

受極強的蜘蛛絲的啓發，NTNU挪威科技大學研究人員開發了一種新材料，它打破了以前看到的韌性和硬度之間的權衡。 這種材料是一種被稱為彈性體的聚合物，因為它具有類似橡膠的彈性。

新開發的材料特點是在一個重複單元中有八個氫鍵的分子，正是這些氫鍵幫助均勻地分配施加在該材料上的壓力，使其如此耐用。八個氫鍵是非凡機械性能的起源。這種材料是在NTNU納米實驗室開發的，部分資金來自挪威研究委員會。

引入比通常數量更多氫鍵的想法來自於大自然的蜘蛛絲，後者含有相同的結構，我們知道它可以產生非常特殊的性能。科學家們先前已經注意到，蜘蛛絲既特別堅硬又有韌性。堅硬和韌性是工程中截然不同的特性，而且往往是對立的。堅硬的材料在變形前可以承受很大的壓力，而韌性的材料在斷裂前可以吸收很大的能量。例如，玻璃是堅硬的，但不是韌性的。

對於商業材料，如果你想擁有更高的硬度，你的韌性就會降低。這是一種權衡。你不能兩者兼得，該團隊研發的新彈性材料具有明顯的硬域和軟域。在設計和製造之後，該團隊使用分辨率為幾分之一納米的原子力顯微鏡觀察材料的基本結構，並觀察軟硬區域之間的界面。

他們看到，除了八個氫鍵分佈應力外，硬域和軟域之間的硬度不匹配也有助於進一步耗散能量，鼓勵任何裂縫分支，而不是沿着直線繼續前進。除了其機械性能，這種材料還具有光學透明性，研究表明它甚至可以在高於80℃的温度下自我修復。如果可以擴大生產規模，這種新材料有朝一日可以用於柔性電子產品，特別是更容易損壞和破損的可穿戴設備。

研究人員於3月為他們的材料申請了專利，但他們繼續努力為其引入其他理想的特性。他們的材料中的軟域是由一種被稱為PDMS的硅基聚合物構成的，但研究人員懷疑他們可以通過實驗使用其他物質來進一步改善機械性能。