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卡内基梅隆研究人员利用增强的特性创建柔软柔韧的材料

2022-05-19 来源:湖北机械信息网

卡内基梅隆研究人员利用增强的特性创建柔软,柔韧的材料

来自卡内基梅隆大学的聚合物化学家和工程师团队开发了一种新方法,可用于制造一类具有增强的电学和热学性能的可拉伸聚合物复合材料。这些材料是用于软机器人,自我修复电子和医疗设备的有希望的候选材料。结果发表在5月20日的 Nature Nanotechnology杂志上涂料在线coatingol.com。

在这项研究中,研究人员将他们在基础科学和工程方面的专业知识结合起来,设计出一种方法,将常温镓铟(EGaIn)(一种在环境温度下呈液态的金属合金)均匀地结合到弹性体中。这创造了一种新材料 - 高度可拉伸,柔软,多功能的复合材料,具有高水平的热稳定性和导电性。

Carmel Majidi是卡内基梅隆大学机械工程教授和软机械实验室主任,他开展了大量研究,开发可用于生物医学和其他应用的新型软质材料。作为这项研究的一部分,他开发了用纳米级液态金属液滴种植的橡胶复合材料。这些材料看起来很有希望,但他用来组合这些组分的机械混合技术产生的材料组成不一致,因此性能不一致。

为了克服这个问题,Majidi转向卡内基梅隆高分子化学家和JC华纳大学自然科学教授Krzysztof Matyjaszewski,他于1994年开发了原子转移自由基聚合(ATRP).ATRP是第一种也是最强大的可控聚合方法,它使科学家能够将单体串联在一起,形成具有特定性能的高度定制的聚合物。

“新材料只有在可靠的情况下才有效。你需要知道,每次材料制成商业产品之前,你的材料都会以相同的方式工作,”Matyjaszewski说。“ATRP已被证明是一种创造具有一致,可靠结构和独特性能的新材料的强大工具。”

Majidi,Matyjaszewski和材料科学与工程教授Michael R. Bockstaller使用ATRP将单体刷连接到EGaIn纳米液滴的表面。刷子能够连接在一起,形成与液滴的牢固结合。结果,液态金属均匀地分散在整个弹性体中,产生具有高弹性和高导热性的材料。

Matyjaszewski还指出,在聚合物接枝之后,eGaIn的结晶温度从15℃抑制到-80℃,使液滴的液相?--从而将液体性质 - 延伸到非常低的温度。

“我们现在可以将液态金属悬浮在几乎任何聚合物或共聚物中,以便调整其材料特性并提高其性能,”Majidi说。“这在以前没有做过。它为未来的材料发现打开了大门。”

研究人员设想,这个过程可以用来将不同的聚合物与液态金属结合起来,通过控制液态金属的浓度,他们可以控制它们所产生的材料的性质。可能的组合数量巨大,但研究人员认为,借助人工智能,他们的方法可用于设计具有定制特性的“按订单生产”的弹性体复合材料。结果将是一类新的材料,可用于各种应用,包括软机器人,人造皮肤和生物兼容的医疗设备。

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