基于无机物的变形材料

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通过将钛基薄板嵌入水中,由RIKEN紧急事件中心的科学家领导的小组使用无机材料制造了一种材料,该材料可以通过温度变化而从硬凝胶转变为软物质。

科幻小说通常以无机生命形式为特征,但实际上,响应诸如温度变化等刺激的生物和设备几乎总是基于有机材料,因此,“适应性材料”领域的研究几乎专门针对有机物质。 。但是,使用无机材料(例如金属)有很多优势,包括潜在的更好的机械性能。

考虑到这一点,由RIKEN领导的小组决定尝试重现有机水凝胶所显示的行为,但使用无机材料。这种材料的灵感来自一种叫做海参的水生生物。海参是与海星有关的引人入胜的动物(但与海参无关!),它们具有将其皮肤从硬质层变形成某种果冻的能力,从而使它们可以抛弃其内脏(最终长出)。逃避掠食者。就海参而言,其神经系统释放的化学物质会触发蛋白质支架结构的变化,从而产生这种变化。

为了做到这一点,研究人员进行了实验,将纳米片(在这种情况下为氧化钛薄片)布置在水中,其中纳米片占材料重量的14%,水占重量的86%。

论文第一作者RIKEN CEMS的Koki Sano表示:“材料是软水凝胶还是硬凝胶的关键在于纳米片之间的吸引力和排斥力之间的平衡。如果排斥力占主导,它较柔软,但如果吸引力强,则它们会被锁定成三维网络,并可以重新排列成更坚硬的凝胶,通过微调的静电排斥力,我们试图制造一种凝胶,其性质会随温度。”

该小组最终成功地做到了这一点,发现该材料在55摄氏度左右的温度下从较软的斥力状态转变为较硬的吸引力控制状态。他们还发现,他们可以重复重复此过程而不会导致严重恶化。他继续说:“令人着迷的是,即使需要很大的结构重排,该转变过程也能在两秒钟之内完成。这种转变伴随着凝胶机械弹性的23倍变化,让人联想到海参。”

为了使该材料更有用,他们接下来将金纳米颗粒掺杂到了金纳米颗粒中,这些金纳米颗粒可以将光转化为热量,从而使它们能够将激光照在该材料上以对其进行加热并改变其结构。

这篇论文的相应作者之一,RIKEN CEMS的Yasuhiro Ishida表示:“这确实是一项令人兴奋的工作,因为它极大地打开了可用于下一代适应性材料的物质范围,甚至可能使我们能够创造出一种无机生命的形式。”


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