研究人員開發(fā)出一種果凍狀的材料，可以承受相當(dāng)于大象的體重，并且保持形狀不變，盡管它的成分有80%是水。

由劍橋大學(xué)的一支團隊開發(fā)的柔軟而堅固的材料，看起來和感覺就像軟綿綿的果凍，但在壓縮時卻像超硬的防碎玻璃，盡管它的水含量很高。

該材料的非水部分是一個聚合物網(wǎng)絡(luò)，通過可逆的開/關(guān)相互作用結(jié)合在一起，控制著該材料的機械性能。這是第一次在一種軟性材料中加入如此明顯的抗壓性。

這種 "超級果凍" 可用于廣泛的潛在應(yīng)用，包括軟體機器人、生物電子學(xué)或甚至作為生物醫(yī)學(xué)的軟骨替代品。詳細(xì)結(jié)果在《自然·材料》上讀到。

材料的行為方式--無論它們是軟還是硬，是脆還是強--都取決于它們的分子結(jié)構(gòu)。有彈性的、像橡膠一樣的水凝膠有很多有趣的特性，使它們成為研究熱點--比如它們的韌性和自愈能力--但要使水凝膠能經(jīng)受住壓縮而不被壓碎是一個挑戰(zhàn)。

"為了使材料具有我們想要的機械性能，我們使用交聯(lián)劑，即通過化學(xué)鍵連接兩個分子。"該研究的第一作者、優(yōu)素福·哈米德化學(xué)系的黃澤環(huán)(音)博士說。"我們使用可逆交聯(lián)劑來制作柔軟和有彈性的水凝膠，但制作堅硬和可壓縮的水凝膠是很困難的，設(shè)計一種具有這些特性的材料是完全違背直覺的。"

在領(lǐng)導(dǎo)這項研究的Oren Scherman教授的實驗室里，該團隊使用被戲稱為葫蘆絲的桶狀分子來制作一種可以承受壓縮的水凝膠。葫蘆絲是交聯(lián)分子，它將兩個客體分子夾在其腔內(nèi)，就像一個分子手銬。研究人員設(shè)計的客體分子喜歡在空腔內(nèi)停留的時間比正常時間要長，這使聚合物網(wǎng)絡(luò)保持緊密連接，使其能夠承受壓縮。

大學(xué)梅爾維爾聚合物合成實驗室主任Scherman說："面對壓力時，考慮到80%的含水量，你會認(rèn)為它應(yīng)像水球一樣爆裂，但它沒有——它保持完整并承受巨大的壓縮力。

“水凝膠的特性似乎是相互矛盾的。水凝膠能夠承受壓縮的方式令人驚訝，它不像我們在水凝膠中看到的任何東西，"共同作者Jade McCune博士說，他也來自化學(xué)系。"我們還發(fā)現(xiàn)，通過簡單地改變手銬內(nèi)客體分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以很容易地控制壓縮強度。"

Scherman說："人們已經(jīng)花了多年時間制造橡膠狀水凝膠，但那僅是硬幣的一面。我們重新審視了傳統(tǒng)的聚合物物理學(xué)，創(chuàng)造了一類新的材料，它跨越了從類橡膠到類玻璃的整個材料屬性范圍，完成了全貌。"

研究人員用這種材料制作了一個水凝膠壓力傳感器，用于實時監(jiān)測人類的運動，包括站立、行走和跳躍。

"據(jù)我們所知，這是第一次制成玻璃狀水凝膠。我們不僅僅是把新的東西寫進教科書，這真的很令人興奮，而且我們在高性能軟材料領(lǐng)域開啟了新的篇章?！?/p>

舍曼實驗室的研究人員目前正在與工程和材料科學(xué)的專家合作，進一步開發(fā)這些類似玻璃的材料，以實現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)和生物電子學(xué)的應(yīng)用。這項研究的部分資金來自Leverhulme Trust和Marie Sk?odowska-Curie獎學(xué)金。