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遐想一下:要是莫得“又强又弹”的材料尊龙凯时体育,咱们每天的出行和生存会变得何等贫窭?
轮胎,是支撑汽车高速行驶的“鞋子”,既要在燥热的公路上承受高速摩擦,又要在坑洼路面承受片刻冲击;减震器,是车辆与说念路之间的“缓冲垫”,既要稳住车身,又要让震憾感最小化。

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这些王人离不开一种瞎想材料:既要够强,承受住压力,不易形变,又要够弹,受到挤压后能赶快恢回答状。在现在的工程哄骗中,高弹性聚氨酯就是这么一种不可替代的关键材料。
有关词,高强度与高回弹性的兼容永恒靠近挑战。对材料科学家来说,这像是一起让东说念主头疼的“不可能三角”:若要增强强度,材料容易变脆;若要普及弹性,材料容易变软;若想两者兼顾,熵罚(Entropy Penalty,指是当单体分子从无序的目田情状振荡为有序的团聚物链情状时,系统中熵的减一丝。)效应让贪图变得更难。就像用一根弹簧去举重——你不错作念得很硬,但它会失去回弹;你不错作念得很弹,又难以承重。传统聚氨酯就是如斯,想把它变强,就要在分子里加“硬核支撑”,可这么分子链的举止目田度被终结,回弹性就被糟跶了。
面对长久以来的痛点,近日,中国科学院兰州化学物理商量所润滑材料宇宙要点现实室 3D 打印摩擦器件组从蜻蜓翅膀中赢得灵感,提议了一种处理上述问题的政策。
当然界的完好谜底:
蜻蜓的翅膀为何能高频振动?
本色上,关于这个困扰咱们的“不可能三角”,当然界早就把这说念难题解出来了!
你或者没珍惜过,蜻蜓是飞动界的“超等跑车”——它们翅膀振动的频率不错高达每秒数百次,一朝振翅,它险些不错悬停、俯冲、急转弯,生动得像一架无东说念主机。它是怎样作念到的?诀窍就在于它翅膀里隐敝的一种神奇材料:节肢弹性卵白(Resilin)。这是一种近乎完好的自然弹性材料,弹性接近 100%,不错反复形变几百万次王人不会疲钝断裂,确切是“当然界的超等橡胶”。
这种弹性卵白里面藏着一个“小高明”——它包含无数内在无序区(IDRs),也就是指莫得固定结构的“柔性区域”。这些区域就像“分子级魔术贴”,不错通过多点的弱互相作用(如氢键、π-π 堆积、静电和疏水作用)生动地粘合或分开。在特定的环境条款下(如 pH、盐浓度、温度等),这些分子之间会像油滴在水中那样发生液-液相划分,变成一个个可逆的富集小液滴。这种结构不像传统材料那样依赖固执的永久交联,而是构建了一个多法式、可调度的能量耗散与回答网罗,这恰是它兼具强度与弹性的关键。
这种组合,让蜻蜓即即是雨天飞动,翅膀秉承风雨拍打、逶迤、形变,王人能毫发无损地恢回答状。这就是当然界最优雅、精妙的贪图!
蜻蜓翅膀肌腱中弹性卵白的荧显豁微镜拍摄(图片起首:Nature2005, 437, 999.)
新材料出身:
科学家怎样将灵感转为奉行?
受到当然界中“蜻蜓翅膀”的启发,团队开动想考:能不可把这个“诀窍”复制到东说念主工材料里?
团队从分子层面动手:先在聚氨酯分子里引入动态氢键和配位键,像在分子里面埋了“魔术拉链”,它们既能紧紧固定硬域的局势,又能在拉伸时自动解锁。当材料受到外力拉伸时,硬域先阐述,开释了分子链的“目田度”,熵加多(形变容易);与此同期,柔滑的链段会有序结晶,领受能量,焓缩短(弹性增强);这种能量的“此消彼长”让材料变得又强又弹,一举碎裂了“熵罚”难题。
在现实室测试中,这种“低熵罚聚氨酯”展现了惊东说念主的性能:拉伸强度向上 80MPa(兆帕),比好多常见工程塑料还要强;回弹率向上 88%,弹性险些比好意思自然节肢弹性卵白(Resilin);耐用性更高,重迭拉伸、回弹也曾性能褂讪。看似平凡的聚氨酯弹性体,背后其实藏着蜻蜓翅膀的高明火器。
受蜻蜓角质层中弹性卵白启发的可调聚氨酯弹性体贪图制备暗示图(图片起首:参考文件[1])
将来哄骗:
从轮胎到航天,哪些范畴将受益?
那么,这块“又强又弹”的新材料,将给咱们的生存带来哪些蜕变?
1.智能减震器
它不错构建出更灵敏、更持久、更符合复杂环境的减震系统。比如在坑洼不屈的路面上,它能够赶快领受冲击能量并赶快回答形变,大幅普及减震反应速率;在永恒使用中,它又具备极高的疲钝耐受性,不易老化或失效。这种智能减震器王人能带来更高的安全性。
2.高性能密封件
在航天器、深海潜水器等顶点环境中,密封圈必须耐寒、耐高温、耐腐蚀,还得反复压缩不失效——这种材料赶巧派上用场,让飞船飞得更远、潜艇潜得更深。
3.柔性机器东说念主与可穿着树立
遐想一下,这种柔滑如皮肤却执意如装甲的新式材料,将成为构建机器东说念主关键、节略却超等耐用的智高手环以及柔性传感器的瞎想选择,为这些树立提供“智能堤防外壳”。
结语:
从蜻蜓翅膀到高性能聚氨酯,团队再次讲明了一个酷爱:当然界就是最伟大的材料科学家。当东说念主类学会站在微不雅世界,效法当然的聪敏,“不可能三角”也许就会被逐个破解。
将来,或者还有更多“仿生材料”会蜕变咱们的生存:自愈合的涂层、超强韧的仿蛛丝纤维……下一次,当你看到一只蜻蜓划过水面,不妨想一想,它的翅膀,或者就是将来一款超等材料的灵感起首。
参考文件
[1] Changcheng Bai et al. “Low‐Entropy‐Penalty Elastomers With Synergistic Resilience and Strength Via Resilin‐Inspired Microphase Separation.” Advanced Functional Materials (2025): e10053.
操办制作
出品丨科普中国
作家丨白常成 刘德胜 王晓龙 中国科学院兰州化学物理商量所
监制丨中国科普博览
责编丨张一诺
审校丨徐来、张林林尊龙凯时体育