科學家開發出「玻璃凝膠」材料：既堅固又柔韌，還具有黏性和自癒性

凝膠和玻璃處於材料光譜的兩端，但北卡羅萊納州立大學（NCSU）的工程師們開發出了一種新型「玻璃凝膠」，它既堅固又柔韌，還具有黏性和自癒性。

玻璃聚合物是一種塑料，具有類似玻璃的特性--強度高、硬度大、剛度高，但通常也比較脆，如果試圖彎曲或拉伸就會斷裂。凝膠則柔軟而有彈性，但也很脆弱。現在，北卡羅萊納大學的研究小組開發出了一種新材料，它結合了這兩種材料的優點。

該研究的通訊作者邁克爾-迪基（Michael Dickey）說：「我們創造了一類被稱為玻璃凝膠的材料，這種材料和玻璃聚合物一樣堅硬，但如果施加足夠的力，它可以拉伸到原來長度的五倍，而不會斷裂。更重要的是，一旦材料被拉伸，你可以透過加熱使其恢復原狀。此外，玻璃凝膠的表面具有很強的黏附性，這在硬質材料中並不多見。」

為了製造玻璃狀凝膠，研究小組將玻璃狀聚合物的液態前體分子與離子液體結合在一起。然後將混合物倒入模具中，暴露在紫外線下使其固化，最後從模具中取出。這種離子液體起著溶劑的作用，使材料同時具有玻璃和凝膠的功能。

迪基說：「在一般情況下，當你在聚合物中加入溶劑時，溶劑會推開聚合物鏈，使聚合物變得柔軟、可拉伸。在玻璃凝膠中，溶劑會將聚合物分子鏈推開，使其像凝膠一樣可拉伸。然而，溶劑中的離子會強烈吸引聚合物，從而阻止聚合物鏈移動。鏈條無法移動就使其成為玻璃狀。最終的結果是，由於吸引力的作用，材料變得堅硬，但由於額外的間距，材料仍然能夠拉伸。」

儘管按重量計算，這些玻璃凝膠的液體含量超過 54%，但它們的斷裂強度達到 42 兆帕、韌性達到 110 兆焦耳/立方米、屈服強度達到 73 兆帕、楊氏模量達到 1 千兆帕。研究小組說，這些資料與聚乙烯等熱塑性塑料相似，但與這些材料不同的是，它們還能被拉伸至原始長度的五倍。 

「玻璃凝膠」：新型材料樣品

玻璃凝膠的其他優點還包括能夠自我修復，只要稍微加熱就能恢復原狀。它們的高液體含量也使它們成為更有效的導電體，而且它們的表面還具有黏合性，但研究小組並不完全清楚其中的原因。最有用的是，這些玻璃凝膠相當容易製造。

「製造玻璃態凝膠是一個簡單的過程，可以通過在任何類型的模具中固化或 3D 列印來完成，」迪基說。「大多數具有類似機械性能的塑料都需要製造商將聚合物作為原料進行生產，然後將聚合物運輸到另一個工廠，在那裡聚合物被熔化並形成最終產品。」

到目前為止，研究人員還不確定這些玻璃凝膠可能會有哪些應用，但他們相信，這種新材料具有一系列令人感興趣的特性，最終可能會被證明非常有用。

這項研究發表在《自然》雜誌上。研究小組在上面的影片中展示了玻璃凝膠。

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