剑桥大学发现水含量达80%的超级果冻材料 被汽车碾压后可恢复

据外媒报道，剑桥大学开发了一种柔软而坚固的材料，看起来和摸起来都像果冻。这种材料的含水量高达80%，但压缩后会像一块超硬不易碎的玻璃，甚至可以承受一头大象的重量。

(来源:剑桥大学)

材料的非水部分是聚合物网络，通过可逆的开/关相互作用连接起来，控制材料的机械性能。这是第一次将高抗压能力整合到软性材料中。这种“超级果冻”材料应用广泛，如软机器人、生物电子等，甚至可以作为生物医学的软骨替代物。

材料的硬度、脆性和坚固性主要取决于分子结构。弹性橡胶状水凝胶引起许多有趣的性质，如韧性灰自愈能力，这一直是研究的热点。然而，制造能够承受压缩而不破裂的水凝胶是非常具有挑战性的。

(视频来源:剑桥大学)

这项研究的第一作者泽焕黄(Zehuan Huang)博士说:“为了使材料具有我们想要的机械性能，我们使用交联剂，两个分子通过化学键相连。通过使用可逆交联剂，我们制造了柔软和弹性的水凝胶，但很难制造坚硬和可压缩的水凝胶，设计具有这些特性的材料完全违背了这一想法。”

这个实验的领导者是柳文欢·谢尔曼教授，这个实验也是在他的实验室里完成的。研究小组使用称为葫芦脲的桶状分子来制造可以承受压力的水凝胶。葫芦脲是一种交联分子，在其空腔中固定了两个客体分子，看起来像一个分子手铐。研究人员设计的客体分子比普通分子在空腔中停留的时间更长，从而保持聚合物网络紧密连接，使其能够承受压缩。

剑桥大学聚合物合成梅尔维尔实验室主任谢尔曼说:“理论上，如果含水量达到80%，材料可能会像水球一样爆裂，但事实并非如此。这种材料保持完整，可以承受巨大的压力。水凝胶的特性似乎相互矛盾。”

为了制造一种类似玻璃的水凝胶，研究小组将特定的客体分子用于手铐(桶形分子)。通过改变手铐中客体分子的分子结构，显著“减缓”材料的动力学，最终使水凝胶的力学性能由橡胶变为玻璃。

Scherman说:“人们花了数年时间来建造类似橡胶的水凝胶，但只取得了初步成果。这一次，通过重新审视传统的高分子物理，我们创造了一种新材料，它可以覆盖从类橡胶到类玻璃的整个材料特性范围，实现了最初的设想。”

研究人员用这种材料制作了一种水凝胶压力传感器，可以实时监测人体运动，包括站立、行走和跳跃。Scherman实验室的研究人员目前正在与工程和材料科学专家合作，进一步开发这些用于生物医学和生物电子应用的玻璃材料。据外媒报道，剑桥大学开发了一种柔软而坚固的材料，看起来和摸起来都像果冻。这种材料的含水量高达80%，但压缩后会像一块超硬不易碎的玻璃，甚至可以承受一头大象的重量。

(来源:剑桥大学)

材料的非水部分是聚合物网络，通过可逆的开/关相互作用连接起来，控制材料的机械性能。这是第一次将高抗压能力整合到软性材料中。这种“超级果冻”材料应用广泛，如软机器人、生物电子等，甚至可以作为生物医学的软骨替代物。

材料的硬度、脆性和坚固性主要取决于分子结构。弹性橡胶状水凝胶引起许多有趣的性质，如韧性灰自愈能力，这一直是研究的热点。然而，制造能够承受压缩而不破裂的水凝胶是非常具有挑战性的。

(视频来源:剑桥大学)

这项研究的第一作者黄泽环博士说:“为了制造具有机械性能的材料……我们要，我们用交联剂，两个分子通过化学键连接。通过使用可逆交联剂，我们已经制成了柔软和弹性的水凝胶，但很难制成坚硬和可压缩的水凝胶，设计具有这些特性的材料完全违背了这一想法。"

这个实验的领导者是柳文欢·谢尔曼教授，这个实验也是在他的实验室里完成的。研究小组使用称为葫芦脲的桶状分子来制造可以承受压力的水凝胶。葫芦脲是一种交联分子，在其空腔中固定了两个客体分子，看起来像一个分子手铐。研究人员设计的客体分子比普通分子在空腔中停留的时间更长，从而保持聚合物网络紧密连接，使其能够承受压缩。

剑桥大学聚合物合成梅尔维尔实验室主任谢尔曼说:“理论上，如果含水量达到80%，材料可能会像水球一样爆裂，但事实并非如此。这种材料保持完整，可以承受巨大的压力。水凝胶的特性似乎相互矛盾。”

为了制造一种类似玻璃的水凝胶，研究小组将特定的客体分子用于手铐(桶形分子)。通过改变手铐中客体分子的分子结构，显著“减缓”材料的动力学，最终使水凝胶的力学性能由橡胶变为玻璃。

Scherman说:“人们花了数年时间来建造类似橡胶的水凝胶，但只取得了初步成果。这一次，通过重新审视传统的高分子物理，我们创造了一种新材料，它可以覆盖从类橡胶到类玻璃的整个材料特性范围，实现了最初的设想。”

研究人员用这种材料制作了一种水凝胶压力传感器，可以实时监测人体运动，包括站立、行走和跳跃。Scherman实验室的研究人员目前正在与工程和材料科学专家合作，进一步开发这些用于生物医学和生物电子应用的玻璃材料。

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