材料百态

       材料的变形在生活中随处可见，有的“一触即发”，有的“循序渐进”。来自浙江大学的科研人员创造了一种新的变形方式：在触发条件下，材料先要“休眠”一段时间再启动变形，“休眠期”的长短由人为调控，就像安装了定时器。

       材料的变形如何做到定时响应？浙江大学化学工程与生物工程学院教授谢涛和赵骞团队对变形机理进行了深入阐述。相关研究成果日前在线发表于《自然》。

       2020年，国外科研人员开发出一类新型水凝胶，受热会变得坚硬。谢涛判断，这可能是一种潜在的形状记忆材料。团队成员通过实验进一步发现，这类水凝胶是一类具有延时变形特质的水凝胶——变形的确会发生，只不过必须度过一段“休眠期”。

       为什么新材料对于变形的“反射弧”特别长？研究团队发现其背后有一套独特的变形机制。

       材料在从热变冷时，内部有两股力量在“竞争”：一方是保持临时形状的力，一方是恢复原始形状的力。开始时，保持临时形状的力占绝对优势，双方的力量差会达到1000倍以上。

      “就像小兔子拔萝卜，开始时萝卜埋得很深，土又很硬，拔不动。”赵骞说，在很长一段时间内，材料会停留在临时形状，纹丝不动；而随着时间的推移，“泥土”发生松动，也就是保持临时形状的力持续不断下滑，当双方力量的差异不再显著时，材料就会出现肉眼可见的变形。研究显示，在力量差缩小到20倍时，材料会出现5%的变形。

       随后，研究人员通过磁共振成像对内在机理又进行了深入探究，证明该现象受控于新型水凝胶材料内部的水分子扩散过程。

       基于机理的把握，科学家得以利用“延时”来创造“定时”。操作方法非常简洁，只需调控一个参数——热编程时间。目前能实现的最长“休眠期”为46分钟。有了这样的调控手段，科学家只要事先对材料的不同位置设置不同的热编程时间，它们的“休眠期”就各有长短，可按次序发生形变。

       研究团队认为，这类定时变形效应有望在深空深海、生物工程等领域发挥独特作用，因为在许多场合中，“定时响应”是比“即时响应”更优的解决方案。在论文中，他们概念性地展示了4D打印制备的延时变形血管支架：支架从进入体内到输送至目标部位需要一定时间，如果被人体温度触发，普通的形状记忆支架材料在到达目的地之前就会发生形变；而定时变形器件得益于它的“休眠期”，能够在到达目标位置后再启动形变。

       受此启发，团队科研人员还在医学专家的指导下，设计了用于缓解干眼症的智能全泪道栓塞器。（记者吴月辉）

【我们尊重原创，也注重分享。版权原作者所有，如有侵犯您的权益请及时联系，我们将第一时间删除。分享内容不代表本网观点，仅供参考。】