11月5日消息,《自然·材料》(Nature Materials)发表一项聚合物自适应材料研究(Dan Zheng、Zhaohan Yu、Yufei Chen及Cameron D. Smith等作者),提出自适应环状网络(adapt-ring networks, ARNs)的普适设计原则,让人工聚合物网络像天然材料一样在机械应力下自主重构并强化。

技术路线:ARNs将聚乙二醇(PEG)共价网络与可重构的α-环糊精晶畴耦合。在外力作用下,晶畴发生应变导向的碎片化、迁移与取向排列,形成记录局部受力历史的动力学捕获结构——即材料"记住"自己在哪里、被怎样加载过。

性能数据:经机械训练后,材料的杨氏模量、拉伸强度、断裂能与疲劳阈值最高可提升一个数量级;且该过程可逆——通过溶剂诱导晶畴重构即可"复位"材料。空间上分辨的自适应能力结合3D打印兼容性,可制备力学性能呈梯度分布的定制化构件。

科学意义:人工合成聚合物网络长期缺乏天然材料(骨骼、肌肉、丝绸)那种"用进废退"的自适应强化能力,本研究给出的是一套普适设计原则而非单点材料。应用前景指向按服役历史自我强化的结构件、可编程梯度材料及软体机器人驱动部件,对柔性器件封装与抗疲劳涂层等化学制造场景亦有启发。 (来源:Nature Materials)