【行业动态】新工艺缩小了天然材料与合成材料之间的差距，实现了多种用途

来源：中国复合材料学会

皮肤、软骨和肌腱等天然物质足够坚韧，能够支撑我们的体重和运动，但又足够柔韧，不易断裂。虽然我们认为这些特性是理所当然的，但在合成材料中复制这种独特的组合比听起来要困难得多。现在，EPFL的科学家们已经开发出一种制造强而柔软的复合聚合物的新方法，这种复合聚合物更接近于自然界中发现的材料。发表在《高级功能材料》上的一篇论文描述了他们的这项突破，可能会在软机器人和软骨假体植入等领域得到应用。

通常，合成水凝胶分为两种不同的材料类别。第一种，包括窗户玻璃和一些聚合物，很硬，有承重能力，但吸收能量的能力很差:即使是最轻微的裂缝也能在结构中扩散。第二组的材料更能抵抗开裂，但有一个代价:它们非常柔软——事实上，柔软到不能承受重物。然而，一些由生物材料和蛋白质(包括胶原蛋白)组合而成的天然化合物既坚固又抗裂。它们的这些特性归功于其高度精确的结构，从纳米到毫米级:例如，编织纤维被组织成更大的结构，然后再组织成其他结构，以此类推。

研究人员说:“要在这么多不同尺度上控制合成材料的结构，我们还有很长的路要走。”研究人员已经设计出一种新的方法来建造合成复合材料，他们从自然世界中得到启示。“在自然界中，基本的构建块被封装在隔间中，然后以高度本地化的方式释放出来。这个过程对材料的最终结构和局部成分提供了更大的控制。”

首先，科学家将单体封装在水油乳液的小滴中，这些小滴充当隔室。在液滴内部，单体结合在一起形成一个聚合物网络。在这一点上，微粒子是稳定的，但它们之间的相互作用很弱，这意味着材料不能很好地结合在一起。接下来，这些像海绵一样多孔的微粒子被浸泡在另一种单体中，然后材料被还原成一种糊状物。它的外观，有点像湿沙，可以形成沙堡。

然后，科学家们用3d技术打印出糊状物，并将其暴露在紫外线辐射下。这使得在第二步加入的单体发生聚合。这些新的聚合物与早期形成的聚合物缠绕在一起，从而硬化了浆料。这就产生了一种非常坚固耐磨的材料。研究小组表明，直径仅为3毫米的钢管可以承受10公斤的拉伸载荷和80公斤的压缩载荷，而不会损害其结构完整性。

他们的发现在软机器人领域具有潜在的用途，在这种机器人中，模仿活体组织特性的材料非常受欢迎。这一开创性的过程也可以应用于开发软骨假体植入物的生物相容性材料。

文章来源：贤集网

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