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人造肌肉切半可复元,让手机萤幕裂痕可自我痊癒

人造肌肉切半可复元,让手机萤幕裂痕可自我痊癒

对有强迫症的人们来说,如果手机萤幕上出现刮痕或裂痕,这时要嘛换萤幕,要嘛换支手机,反正两者都得要花一笔钱。

如果手机萤幕刮痕能自我修复呢?有研究人员将这曾停留于美好幻想的技术落地实践。

加州大学河滨分校的化学家研製了一种新型材料,其最大亮点在于可自癒,如果你试着刮花它,甚至切割它,室温下约 24 小时后,它们能完全重新对接在一起。

实验证明该材料具备很好的延展性,能拉伸至原大小的 50 倍长度。不仅如此,就算你切割它,5 分钟癒合时间(前述提及完全癒合需 24 小时)后,再次拉伸原长度的 2 倍也没问题。

人造肌肉切半可复元,让手机萤幕裂痕可自我痊癒

这种新型材料由可延展聚合物和离子盐组成,也是研究人员创造性的将自我癒合材料(self healing material)与离子导体两者优势融合的实践。

所谓自我癒合材料,即架构上拥有自我癒合能力的材料。受到生物体受伤后自我修复的启发,科学家将这种自我癒合能力赋予人造合成材料,最终能延长材料使用寿命,降低材料和装置的成本,同时降低外部诊断或人为干预的消耗。

例如,自癒材料应用于太空船。船体初始细小的表面裂纹不易察觉,一旦形成后若未发觉,会使得裂纹进一步扩大,削弱材料的承受能力,直至最后断裂。自癒材料的「自动辨识」及修补,能延长太空船的使用寿命。

还有如 LG G Flex 手机后盖,使用了特殊材料保护涂层,也能自我修复刮痕。

但光是自我癒合材料,场景应用有限,例如经常摔坏的手机萤幕有自我癒合需求,却因聚合物无法导电,无法满足需要。而离子导体应用较广,在能源储存、太阳能转换、感应器和电子装置中均做为关键性材料。

因而,加州大学研究学者想将离子导体的优势「嫁接」到自癒合材料中,拓宽材料应用的边线。

通常来说,自癒合聚合物利用非共价键进行自我修复,但这也框定了应用範围,毕竟非共价键会受电化学反应的影响,使得材料效能表现不佳。

研究学者的解决方案是,将自癒合聚合物这种可延展的材料与盐离子导体结合,带电离子与极性分子间耦合,产生离子偶极作用,使得这种新型材料能够在电化学条件下具有高度稳定性。最终,当材料表面出现刮痕或者遭到割裂时,带电离子与极性分子间相互作用,能让材料再次「复原」。

另外,离子导体能透过可运动的离子导电,也可为自癒合材料增添导电性。

如此一来,手机萤幕达到自我癒合指日可待。

当然,新材料可不只一处用武之地,机械故障后机器人自我修复、延长电动汽车里锂离子电池的使用寿命,改善医疗领域和环境监测中使用的生物感应器等方面,新材料都能派上用场。

例如,研究团队用新材料製造了人造肌肉(也称为介电弹性体致动器),肌肉由 3 层聚合物片堆叠,顶层和底层用上述新材料,能导电及自癒,中间层是透通非导电橡胶薄膜。

当有电压、电流、温度、压力等外部刺激时,人造肌肉能可逆地收缩、膨胀或旋转。比如施加电讯号时,人造肌肉会有相应反应,类似人自身的肌肉,也会接受大脑讯号产生现行。

新材料的自癒特徴在人造肌肉上也有很好体现。若将人造肌肉切割为两部分,最终结果是,无需依靠外来刺激,两部分能自行癒合,且效能水平与切断前大体相当。

但想将这种自癒材料落地实际应用还有距离,手机萤幕会是最先的应用。研究人员预计,2020 年前,手机萤幕和电池的生产中就会率先使用该材料。「未来 3 年,会有很多自癒产品出现,这将改变我们的日常生活,手机也将由此获得更优效能。」研究团队领导者 Chao Wang 说。

不过,正如生物受伤过后,往往会留有痕迹,人造自癒型新材料,终究难至 100% 完美复原,这或许会限制其在显性环境里的应用。

就拿手机来说,当遭到巨大猛击,萤幕碎裂严重时,自癒材料儘管能弥平裂痕,但一道道留下的伤疤,估计也难让人有用下去的欲望吧。

倒是一些「看不见」的领域,或机器与人紧密关联的领域,自癒材料与离子导体的结合能擦出怎样的火花更值得期待。



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