科学家打造不会被汽车碾压碎的“超级果冻”玻璃

剑桥大学的科学家们已经开发出了一种可以承受住巨大力量的新型软性材料。这种新型水凝胶被称之为“超级果冻”，它使用了一种独特的内部结构，类似于分子手铐以通过进入一种类似玻璃的状态对压缩进行反应，并使其能够被汽车碾压时不被压碎。

水凝胶引起了材料科学家的极大兴趣。它们的高含水量使它们适合在人体中使用并使它们具有拉伸和自我修复的特性--可用于机器人、高级隐形眼镜、人造组织和伤口愈合。这项新研究的研究人员们试图通过调整基本的分子结构来扩大这些能力。

该研究的论文第一作者Zehuan Huang博士表示：“为了使材料具有我们想要的机械性能，我们使用了交联剂，即两个分子通过化学键连接。我们使用可逆交联剂来制造柔软和有弹性的水凝胶，但制造坚硬和可压缩的水凝胶是非常困难的，设计一种具有这些特性的材料是完全违背直觉的。”

为了实现这一目标，科学家们转向了被称为葫芦丝的桶状分子，它将成对的其他分子“拷”在其腔内。然后，他们使用了特别设计的分子，使其在这个空腔内停留的时间比平时更长，这具有保持网络紧密联系的效果并使其能从橡胶般的状态变化到类似于超硬防碎玻璃的状态。

据研究小组称，这使得“超级果冻”能够承受相当于一头大象站在它上面的力量而不被压碎。由于手头没有大象，该团队通过用汽车碾压这种材料来进行测试，其证明了它如何能够恢复到原来的形状。

负责领导这项研究的Oren A. Scherman教授指出：“在80%的含水量下，你会认为它会像水球一样爆裂，但它没有：它保持完整并承受巨大的压迫力。水凝胶的特性似乎是相互矛盾的。”

科学家们还用这种新型材料制作了一个用于人类运动如站立、行走和跳跃的压力传感器。他们现在正在继续开发这种材料以期使其适应生物医学的应用如软骨替代--以及潜在的软机器人技术。

“据我们所知，这是第一次制造出类似玻璃的水凝胶。我们不仅仅是将新的东西写进教科书，这真的很令人兴奋，而且我们在高性能软材料领域开启了新的篇章，”Huang说道。

这项研究发表已发表在《Nature Materials》上。