剑桥大学发现水含量达80%的超级“果冻”材料

据外媒报道，剑桥大学（University of Cambridge）开发出一种柔软且坚固的材料，其外形和触感酷似果冻。该材料含水量高达80%，但被压缩时会像一块超硬且防碎的玻璃，甚至可以承受一只大象的重量。

该材料的非含水部分是一个聚合物网络，通过可逆的开/关相互作用连接在一起，以控制材料的机械性能。这是首次将高抗压性融入软材料中。该“超级果冻”材料应用十分广泛，如软体机器人、生物电子学，甚至可作为生物医学的软骨替代品。

材料的软硬、易碎和结实主要取决于分子结构。有弹性的橡胶状水凝胶引起众多有趣特性，如韧性灰色自愈能力，一直是研究的热门主体。但制造出可承受压缩但不碎的水凝胶非常具有挑战。

该研究的第一作者Yusuf Hamied化学系的Zehuan Huang博士表示：“为了制造出具有我们想要的机械性能的材料，我们使用交联剂，其两个分子通过化学键连接。通过使用可逆交联剂，我们制造出柔软且有弹性的水凝胶，但制造出坚硬且可压缩的水凝胶很难，而且设计具有这些特性的材料与设想完全相悖。”

此项试验的带领人为Oren Scherman教授，且此次试验也是在其实验室中完成。研究团队使用称为葫芦脲的桶状分子来制造可以承受压缩的水凝胶。葫芦脲是一种交联分子，会将两个客体分子固定在其空腔中，看起来就像一个分子手铐。研究人员设计的客体分子在空腔内停留时间比普通分子长，因此使得聚合物网络保持紧密连接，使其能够承受压缩。

剑桥大学梅尔维尔高分子合成实验室（Melville Laboratory for Polymer Synthesis）主任Scherman表示：“理论上讲，若含水量达80%，材料可能会像水气球一样破裂，但事实并非如此，该材料保持完整并可承受巨大的压力。水凝胶的特性似乎相互矛盾。”

为了制造类似玻璃的水凝胶，该团队为该手铐（桶状分子）采用特定的客体分子。 通过改变手铐内客体分子的分子结构，材料的动力学显著“减慢”，最终水凝胶的机械性能从橡胶状转变为玻璃状。

Scherman称：“人们花了数年时间打造类似橡胶的水凝胶，但也只是初见成效。而我们此次通过重新审视传统聚合物物理学，打造出全新材料，可涵盖从类橡胶到类玻璃的整个材料特性范围，实现了最初的愿景。”

研究人员使用这种材料制作出一个水凝胶压力传感器，可实时监测人体运动，包括站立、行走和跳跃。Scherman实验室的研究人员目前正在与工程和材料科学专家合作，进一步开发这些玻璃状材料，用于生物医学和生物电子应用。

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