投稿|剑桥大学发明“超级果冻”：咋碾都不碎，果冻中的诺基亚( 二 )
研究人员设计的客体分子在空腔内停留的时间比正常情况下更长 ， 这使得聚合物网络能够保持紧密的连接 ， 使其能够承受更强的压力 。
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图｜玻璃状SPNs的设计 。a.SPNs的动态机制示意图（上）；b.全氟苯基（5FBVI）、取代苯基（RBVI）客体和宿主大环的分子结构；c.包括第一和第二缔合的主体增强极性π-π相互作用的三元络合平衡及其相关动力学参数；d.由上述相互作用和两个RBVI客体交联的超分子聚丙烯酰胺网络表现出缓慢的解离动力学和高抗压强度 。（来源：该论文）
这种聚合物中 80% 的成分都是水 ， 比我们所吃的水果桂圆的含水量还要高 10% 左右 ， 桂圆放到嘴里一咬就会破（成年人的咬合力在 50 Kg左右） ， 而该研究中的聚合物 ， 可以承受一辆汽车的重量（1200 Kg） 。
可想而知 ， 这种聚合物具有多大的承压能力及良好的压缩性能 ， 而这么大的承压能力对于水凝胶材料来说是非常困难的；同时 ， 集良好的弹性和强的抗压能力于同一种材料也是不可思议的 。
不仅如此 ， 该材料具有良好的循环压缩性 ， 其在受到汽车的反复碾压也不会变形或者破碎 。
对于该材料的机械特性 ， 该文章第一作者 Zehuan Huang 博士表示 ， “为了制造具有我们想要的机械性能的材料 ， 我们使用了一种慢解离、非共价的交联剂 ， 将两个分子通过化学键连接在一起” 。
更神奇的地方在于 ， “超级果冻”的承压能力还可以在一定范围内进行调节 。文章的共同作者 Jade McCune 博士表示“我们发现 ， 通过简单地改变手铐内客体分子的化学结构 ， 就可以很容易地控制材料的抗压强度” 。
这就像我们过年包饺子 ， 如果饺子里包的是正常的馅儿 ， 那饺子吃着又软又香；如果往饺子里加上硬币 ， 指定能把你牙崩掉 。
同样的道理 ， ， 除了抗压强度可调控外 ， 这种材料的状态也是可调控的 。该团队为“手铐”选择了特定的客体分子 ， 改变客体分子的分子结构可以使材料的动力学大大“减慢” ， 最终材料的机械性能从橡胶到玻璃状都有变化 。
因此 ， 这种具有极高压缩性和超高强度的凝胶类 SPNs 材料 ， 是高性能软材料的一个重要的里程碑 。
对此 ， Zehuan Huang 博士也表示 ， “据我们所知 ， 这是第一次制造出这种材料 。我们不只是在教科书中写下新的东西 ， 我们正在高性能软材料领域开启新的篇章” 。
“果冻”变鞋底随着科技的不断发展 ， 高性能压力传感器在电子皮肤、可穿戴设备和软体机器人等研究领域具有重要的意义 。
但是迄今为止 ， 大多数基于水凝胶的压力传感器的传感范围相对狭窄 ， 仅限于400kPa以下较低的压力 ， 这限制了其在高压传感中的应用 。
为了突出该材料在生物电子领域的应用 ， 研究人员制作了一个基于水凝胶的电容式压力传感器 ， 并且将 SPNs 的表面做成半球形形结构以提高材料的灵敏度 。
研究显示 ， 这种半球形形结构的传感器可以承受高达 2.5 MPa（1 MPa=1000 kPa）的超高工作压力 ， 同时显示出比平面压力传感器高 3~4 倍的灵敏度 。
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