來自卡內(nèi)基梅隆大學的聚合物化學家和工程師團隊開發(fā)出可拉伸聚合物復合材料，其具有優(yōu)異的電學和熱學性能。這種材料有望成為軟機器人、自我修復電子和醫(yī)療設(shè)備的候選材料。結(jié)果發(fā)表在5月20日的《NatureNanotechnology》雜志上。

在這項研究中，研究人員將基礎(chǔ)科學與工程方面的專業(yè)知識相結(jié)合，設(shè)計出一種方法，即將常溫銦化鎵（EGaIn）（室溫下呈液態(tài)的金屬合金）均勻地結(jié)合到彈性體中，創(chuàng)造出一種新材料-可高度拉伸、柔軟且多功能的復合材料，具有高水平的熱穩(wěn)定性和導電性。

CarmelMajidi是卡內(nèi)基梅隆大學機械工程教授和軟機械實驗室主任，他開展了大量研究，開發(fā)可用于生物醫(yī)學和其他應(yīng)用的新型軟質(zhì)材料。作為這項研究的一部分，他開發(fā)了采用納米級液態(tài)金屬液滴的橡膠復合材料。這些材料有較大應(yīng)用前景，但由于機械混合所制備的材料成分不均，因此性能并不可靠。

為了克服這個問題，Majidi轉(zhuǎn)向卡內(nèi)基梅隆高分子化學家和JC華納大學自然科學教授KrzysztofMatyjaszewski，他于1994年開發(fā)了原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）。ATRP是第一種也是最強大的可控聚合方法，將單體串聯(lián)在一起可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況下才有效。你需要知道，每次材料制成商業(yè)產(chǎn)品之前，你的材料都會以相同的方式工作，”Matyjaszewski說。“ATRP已被證明是一種創(chuàng)造具有一致，可靠結(jié)構(gòu)和獨特性能的新材料的強大工具。”

Majidi、Matyjaszewski和材料科學與工程教授MichaelR.Bockstaller使用ATRP將單體刷連接到EGaIn納米液滴的表面。刷子能夠連接在一起，形成與液滴的牢固結(jié)合。結(jié)果，液態(tài)金屬均勻地分散在整個彈性體中，產(chǎn)生具有高彈性和高導熱性的材料。

Matyjaszewski還指出，在聚合物枝接之后，EGaIn的結(jié)晶溫度從15℃降低到-80℃，使液滴的液相保留至非常低的溫度。

“我們現(xiàn)在可以將液態(tài)金屬懸浮在幾乎任何聚合物或共聚物中，以便調(diào)整其材料特性并提高其性能，”Majidi說。“這在以前沒有做過。它為未來的材料發(fā)現(xiàn)打開了大門。”

研究人員設(shè)想，這個過程可以用來將不同的聚合物與液態(tài)金屬結(jié)合起來，通過控制液態(tài)金屬的濃度，他們可以自由控制材料的性質(zhì)。盡管可能的組合數(shù)量巨大，但研究人員認為，借助人工智能，他們的方法可用于設(shè)計具有定制特性的彈性體復合材料，這將產(chǎn)生一類新材料，可用于各種應(yīng)用，包括軟機器人、人造皮膚和生物兼容的醫(yī)療設(shè)備。