鐘乳石有人工合成的嗎（神奇兩種材料聯姻）

2023-07-22 16:51:33 1

新材料的研發與突破，對我們的生活及人類文明的進程有著重要的作用，值得我們深刻關注。本文小編整理了一些近期新材料成果，一起來看看吧！

受「化繭成蝶」啟發，新材料「結晶」與「穩定」不再顧此失彼

近日，華東理工大學教授朱為宏、中國科學院院士田禾聯合英國利物浦大學教授Andrew Cooper在構築共價有機框架（COFs）材料研究方面取得突破性進展。相關研究成果在線發表於《自然》。

長期以來，COFs材料的「結晶性」和「穩定性」難以兼得，針對該問題，研究人員提出基於動態化學「重構共價有機框架（RC-COF）」的全新概念，通過可逆共價鍵預組裝和合成後框架重構，為不可逆共價鍵製備了高結晶、高穩定的COFs材料，獲得了優於所有已知COFs材料的二氧化碳吸附能力，以及可與同領域最高水平材料相媲美的光催化產氫性能。

兩種材料「聯姻」，生出能變形變色、可自我修復「後代」

四芳基琥珀腈（TASN）具備力致變色性能，聚矽氧烷基液晶彈性體（LCE）是一種經典的可逆變形材料，將兩種材料結合，能產生類似於變色龍和壁虎「聯姻」後的效果，即獲得善於偽裝、能自我修復的功能材料。

作為偽裝大師，蝰蛇毛毛蟲可以變形成蝰蛇形狀嚇跑捕食者，變色龍可以根據環境變化調節自己的膚色……數百萬年的自然進化，賦予許多生物不同的求生技能。

生物的這種「主動避險」技能，也給了科研工作者研發新型仿生材料的靈感。近日，東南大學智能材料研究院院長、歐洲科學院院士、化學化工學院李全教授團隊利用四芳基琥珀腈（TASN）和聚矽氧烷基液晶彈性體（LCE），合成TASN-LCE材料。他們用這種材料構建的海星狀軟碟機動器，不僅可以隨著溫度變化而變形、響應熱量變化和機械壓縮變換顏色，還能自癒合、再加工。相關成果近期在線發表於化學領域國際頂級期刊《德國應用化學》。

「合成TASN—LCE材料，過程很複雜，而且合成過程使用的化學試劑很昂貴，有的還有劇毒。」楊洪表示，想成為工業原料，這款材料還要進行抗疲勞性等力學性能測試，這些都需要進一步展開系統研究。

一種新型生態友好塗層，可以使聚氨酯泡沫等具有阻燃性

目前，科學家們展示了一種新的塗層，旨在限制建築中使用的木材的可燃性，可以為人提供更多的時間來逃離火災，也阻礙其蔓延。這種環保型阻燃劑也可以應用於其他易燃材料，如聚氨酯泡沫、紡織品和三維（3D）列印的部件。

根據美國國家防火協會的數據，家庭火災佔火災死亡人數的大部分，每年造成數十億美元的財產損失。安裝煙霧探測器和消防噴頭可以起到幫助作用，但另一種方法是使建築材料的可燃性降低。這就是Thomas Kolibaba博士的目標，他正在為這些材料創造一種新的塗層。

這種處理方式可以通過浸漬、噴塗或壓力處理來沉積，可以使房屋更加安全。這種塗層可以減少火焰的蔓延和煙霧的產生，這可以限制損失並給人們更多的時間來撤離。該項目的主要研究者觀察到，與現有的大多數阻燃處理方法相比，新塗層的成分是環保的，而且價格也可能較低。

MIT團隊設計改進新型「人造肌肉」材料，可驅動微型飛行器實現長時間高精度飛行

介電彈性體致動器（Dielectric elastomer actuator，簡稱 DEA）能夠基於電場驅動直接把電能轉化成機械能，用於軟體機器人的「肌肉」製作。不過，相較驅動剛性機器人的壓電雙晶片和電磁電機等剛性執行器，市面上大部分 DEA 的功率密度和壽命都較低，且需要較高的驅動電壓。

為此，來自麻省理工學院（MIT）的研究團隊設計了一種「基於並聯多層電極材料技術、具有低驅動電壓、強耐久性」的新型 DEA，不僅能夠提升微型飛行器的動力，而且使其各方面表現都優於當前同尺度下的其它飛行器。

相關論文以《一種由低壓長壽命 DEA 驅動的高升程微型空中機器人》（A High-Lift Micro-Aerial-Robot Powered by Low-Voltage and Long-Endurance Dielectric Elastomer Actuators）為題發表在 Advanced Materials上，並被選為該期刊的封面文章。

「龍蝦殼」新型仿生材料性能卓越

記者從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊首次提出了非連續布利岡結構的設想，並發展了一種程序化組裝納米纖維的方法，成功地創製出一種新型的輕質高強仿生非連續布利岡結構納米複合材料，實現了非連續纖維橋連和布利岡構造誘導裂紋偏轉的協同增韌。該成果對於研製高性能結構材料提供了新的組裝方法。相關成果日前發表在國際期刊《物質》上。

布利岡（Bouligand）結構由單向納米纖維片層螺旋堆疊構成，在骨、魚鱗、龍蝦殼等多種生物材料中廣泛存在，是一種典型的纖維增強結構，直接決定這些生物材料的卓越力學性能。然而，蘊藏在自然布利岡結構中的智慧仍未得到充分開發和運用，已實現的仿生布利岡結構與自然布利岡結構相比，無論在結構層級還是結構精度方面都相差甚遠。

研究人員基於所開發的有序組裝納米纖維基元的程序化裝置，以環境友好的硬矽鈣石納米纖維和海藻酸鈉為原料，通過螺旋組裝硬矽鈣石納米纖維於海藻酸鈉基體中，並結合溶膠-凝膠-薄膜轉變過程，成功製備了非連續布利岡結構納米複合材料。實驗表明，該材料展現了卓越的力學性能，優於許多如魚鱗片、層狀骨、蟹螯等天然布利岡結構材料以及仿生布利岡結構類似物和部分工程纖維複合材料。進一步通過斷口微結構分析與理論模擬，發現所研製的材料表現出裂紋偏轉和纖維橋連增韌機制。

這項研究所研製的仿生納米複合材料具有廣泛的應用前景，如作為高損傷容忍性能的骨修復材料等，對於今後開發新型納米纖維複合材料，提升傳統纖維增強複合材料的性能具有重要的指導意義。