新材料有望研制智能化人工肌肉:弹性强可自修复

新型材料集电活性、弹性与自修复能力于一身,十分适合于研制人工肌肉。

还记得动画片《海贼王》里橡胶人路飞可长可短、伸缩自如的肌肉吗?南京大学化学化工学院副教授李承辉与美国斯坦福大学化学工程教授鲍哲楠合作,日前研发出一种弹性超强、可自修复且能通过电压控制动作的新材料,向研制智能化的人工肌肉迈出重要一步。

据斯坦福大学官网报道,这种新材料可以由1英寸被拉伸到100英寸以上。它还具有很强的自修复能力。一般情况下,被破坏的聚合物需要通过溶剂修复或热修复来恢复特性,但是这种新材料可在室温甚至低温条件下进行自修复。研究人员发现,它在零下20摄氏度的条件下也能自行修复。

新材料的这些性能归功于一种叫做交联的化学键合工艺,该工艺需要将线型的分子链连接成渔网状。研究人员发表在18日的《自然化学》期刊上的论文称,他们首先设计出一种特殊的有机分子,将其附着在聚合物的交联键上来形成一系列叫做配体的结构。这些配体结合起来形成了更长的分子链。这种链就像一串弹簧一样,具有很强的延展性。之后,他们给这种材料添加了对配体具有化学亲和力的金属离子。当这种材料被拉伸时,分子链上的结会松开并使配体分离。而当这种材料被松开时,金属离子与配体之间的亲和性会使渔网恢复原状。其结果就得到柔韧、延展性强且可以自修复的弹性材料。

值得一提的是,研究人员还发现,这种带有金属离子的新材料在电流或电压作用下会发生膨胀和收缩,这意味着新材料可以将电能转化为机械能,十分适合于研制集电活性、柔韧性和自修复能力于一身的人工肌肉。

据南京大学官网报道,研究人员已经利用这种材料制备出可通过外部电压控制动作的人工肌肉器件。要使这种人工肌肉进入实际应用阶段,研究人员还需要进一步提升这种材料的电活性并实现对其精确控制。不过,这种材料的优越性能已经为其更具潜力的应用打开了大门。