科學(xué)家合成堅固水凝膠 模仿龍蝦腹部的伸展性和強(qiáng)度

　　龍蝦的肚皮下有一層薄而半透明的膜，既有彈性又有驚人的韌性。麻省理工學(xué)院的一個團(tuán)隊制造了一種水凝膠材料，它模仿了龍蝦肚皮的結(jié)構(gòu)，這是自然界中已知的最堅固的水凝膠。

　　研究人員表示，龍蝦肚皮是由自然界中已知的最堅韌的水凝膠制成的，它也恰好具有高度的靈活性。這種強(qiáng)度和彈性的結(jié)合有助于保護(hù)龍蝦在海底的抓撓，同時也允許它來回彎曲游泳。

　　現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的一個團(tuán)隊已經(jīng)制造了一種水凝膠材料，模仿龍蝦腹部的結(jié)構(gòu)。這是一類主要由水和交聯(lián)聚合物組成類似明膠的材料。他們用水凝膠的超薄纖維制造了這種材料，當(dāng)材料被反復(fù)拉伸時，這些纖維像許多股聚集的稻草一樣排列。這種鍛煉也恰好增加了水凝膠的抗疲勞性。

　　在他們的新研究中，研究人員結(jié)合一些技術(shù)來創(chuàng)造更強(qiáng)大的水凝膠納米纖維。該過程從電紡開始，這是一種纖維生產(chǎn)技術(shù)，使用電荷從聚合物溶液中抽出超薄的線。該團(tuán)隊使用高壓電荷從聚合物溶液中抽出納米纖維，形成一層扁平的納米纖維薄膜，每根纖維的尺寸約為800納米，比人類頭發(fā)還細(xì)。

　　他們將薄膜放在一個高濕度室中，將單個纖維焊接成一個堅固的、相互連接的網(wǎng)絡(luò)，然后將薄膜放在一個孵化器中，使單個納米纖維在高溫下結(jié)晶，進(jìn)一步加強(qiáng)材料。他們通過將薄膜放在一臺機(jī)器中反復(fù)拉伸數(shù)萬次來測試它的抗疲勞性。他們還在一些薄膜上做了缺口，并觀察裂縫是如何隨著薄膜的反復(fù)拉伸而擴(kuò)展的。根據(jù)這些測試，他們計算出納米纖維薄膜的抗疲勞性是傳統(tǒng)納米纖維水凝膠的50倍。

　　研究人員對這種材料進(jìn)行了一系列拉伸和沖擊測試，結(jié)果顯示，與龍蝦的腹部相似，這種合成材料具有明顯的抗疲勞性，能夠承受反復(fù)拉伸和拉扯而不會撕裂。如果該制造過程能夠顯著擴(kuò)大規(guī)模，由納米纖維水凝膠制成的材料可用于制造具有彈性和強(qiáng)度的替代組織，如人造肌腱和韌帶。該團(tuán)隊的成果最近發(fā)表在《物質(zhì)》雜志上。