| 北海道大學龔劍萍教授帶領的團隊研發了一種新材料,它看起來很柔軟,但是卻和鋼鐵一樣堅韌。事實是,它比碳鋼堅硬5倍,同時又兼具了如同橡膠般的彈性。
這種新材料是一種堅硬而可彎曲的網狀結構材料。它利用水凝膠(常用于制作隱形眼鏡)和玻璃纖維制備得到,也可被認為是纖維增強的新型復合材料。龔劍萍表示,這是迄今為止人類獲得的最堅硬軟材料。
他們的研究成果發表在《先進功能材料》期刊上(journal Advanced Functional Materials)。經研究,新型復合材料展示出遠高于單獨組成部分的硬度以及彈性,這表明其堅韌性是協同效應的結果。通過比較破壞材料所需能量,研究人員們得出結論:該纖維增強的水凝膠材料比普通的水凝膠堅硬100倍,比普通的玻璃纖維材料堅硬25倍。
龔劍萍表示,制備該材料的靈感來自于大自然。她說,“每當我看到一朵花從非常堅硬的地面(比如混凝土裂縫)長出來時,我就感到非常好奇,為何如此小而可愛的花朵會有這么大的能量能夠破‘硬地’而出。其實,凝膠就好似小花一樣,看起來非常柔軟、軟弱,但是它是可以創造巨大能量!
由于其可靠性、持久性以及柔韌性,纖維增強的水凝膠具備很多潛在應用,比如時尚和制造用途、用作生物材料(制造承受強負荷張力的人造韌帶和肌腱)。此外,它還可以用作人造關節,并比真正的關節要堅硬。已有多個公司與龔劍萍團隊討論了在開發人造軟骨方面的合作意向。
龔劍萍表示,該纖維增強的水凝膠含水量40%,而且非常環保,除了用于制造人造組織,還可以應用在運動服和防護服領域,比如作頭盔和防彈衣。
當然,這一結果并不是最完美的,但同樣對類似的研究有著開創性意義。 |