新型水凝胶可像热驱动肌肉一样伸缩
在《自然材料》杂志上发表的研究中,由日本RIKEN中心应急物质科学的研究人员开发了一种新型凝胶,这种凝胶就像人工肌肉一样,可以快速伸展和收缩,以响应温度的变化。他们成功地运用高分子材料来设计了一种L型物体,当温度重复地升高和降低时,该物体可以缓慢向前行走。
凝胶是一种聚合物,可以在内部保留大量的水分。因此,它们可以对环境的变化做出相应的响应。从这个层面上看它们和植物细胞类似。然而,大多数凝胶的响应非常慢,而且需要吸收或者释放水来调节体积。RIKEN团队开发的凝胶具有的独特性质包括其可以像一种人工肌肉一样对外界环境做出响应,即它们可以改变自身的形状来响应环境,而不需要改变自身水量。究其原因,静电荷功不可没。通过使用一种他们之前开发的方法,该团队通过使用磁场可将金属氧化物纳米片置入材料中的平面上,然后将其固定。最后这种纳米片会粘连在聚合物上。由于静电力的作用,该纳米片会在一个方向上产生静电阻力。
Yasuhiro Ishida介绍道,“最开始我们设计让这种材料在一个方向上可伸缩,但是我们发现在临界温度以下时,聚合物材料会频繁改变形状,从而改变长度。而且该凝胶并没有改变其体积。”团队成员还发现,该过程的非常快,只需要一秒钟即可完成,且变形速率为每分钟可改变70%,比其他已知的凝胶都要高。为了说明这种聚合物材料的实际应用,该小组设计了一种L型物体,这种形状的物体可以在水环境中进行行走。该团队计划设计更多的基体以便有更多方面的应用。Ishida说,“我们正计划进一步提高材料的性质。一种想法是用这种凝胶制作人工肌肉,可响应温度的变化来行走,这也可以用来防止材料过热。”
新材料在线编译整理——翻译:杨超 校正:摩天轮
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