作者:德克萨斯A&M大学范达纳·苏雷什和达姆什·帕特尔 研究人员开发了一个新的聚合物家族，可以自我修复，具有形状记忆，并且可以回收利用
信用:德州农工大学；m大学工程学院 大自然为人类肢体设计的蓝图是一个精心分层的结构，坚硬的骨骼包裹在不同的软组织层中，如肌肉和皮肤，它们完美地结合在一起
利用合成材料来制造受生物启发的机器人部件或多部件、复杂的机器，实现这种复杂程度是一项工程挑战
通过调整单一聚合物的化学性质，德克萨斯A&M大学和美国大学的研究人员
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陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室创造了一整套合成材料，其质地从超软到极其坚硬
研究人员说，他们的材料是三维打印的，自愈的，可回收的，它们在空气或水下自然地相互粘附
他们的发现详细刊登在五月号的《高级功能材料》杂志上
“我们已经制造了一组令人兴奋的材料，它们的性能可以微调，以获得橡胶的柔软度或承重塑料的强度，”博士说
斯维特拉娜·苏希什维利是材料科学与工程系的教授，也是这项研究的相应作者
“它们的其他理想特性，如三维打印能力和在几秒钟内自我修复的能力，使它们不仅适用于更逼真的假肢和软机器人，也非常适合广泛的军事应用，如飞行器的敏捷平台和未来的自修复飞机机翼
" 合成聚合物由长串重复的分子图案组成，就像链上的珠子
在弹性聚合物或弹性体中，这些长链是轻度交联的，使材料具有橡胶性质
然而，这些交联也可以通过增加交联的数量来使弹性体更加刚性
尽管以前的研究已经控制了交联密度以使弹性体更硬，但由此产生的机械强度变化通常是永久性的
苏希什维利说:“十字线就像一块布上的缝线，缝线越多，材料越硬，反之亦然。”
“但我们不希望这些‘缝线’是永久性的，而是希望实现动态可逆的交联，这样我们就能创造出可回收的材料
" 因此，研究人员将注意力集中在参与交联的分子上
首先，他们选择了一种叫做预聚物的母体聚合物，然后用化学方法将这种预聚物链与两种类型的小交联分子——呋喃和马来酰亚胺——镶嵌在一起
通过增加预聚物中这些分子的数量，他们发现它们可以产生更坚硬的材料
这样，他们创造的最坚硬的材料比最柔软的材料强1000倍
然而，这些交联也是可逆的
呋喃和马来酰亚胺参与一种可逆的化学键
简单地说，在这个反应中，呋喃和马来酰亚胺对可以根据温度“点击”和“松开”
当温度足够高时，这些分子脱离聚合物链，材料变软
在室温下，材料会变硬，因为分子会很快重新结合在一起，再次形成交联
因此，如果这些材料在环境温度下有任何撕裂，研究人员显示呋喃和马来酰亚胺会自动重新点击，在几秒钟内修复缺口
研究人员注意到，对于不同的劲度水平，交联剂从预聚物链上解离或脱离的温度相对相同
该属性对于使用这些材料进行三维打印很有用
不管它们是软的还是硬的，这些材料可以在相同的温度下熔化，然后用作印刷油墨
“通过修改标准三维打印机的硬件和处理参数，我们能够使用我们的材料逐层打印复杂的三维物体，”Dr
弗兰克·加迪亚是美国陆军研究实验室的研究工程师，也是这项研究的相应作者
“我们材料的独特优势在于，构成三维部分的各层可以具有截然不同的硬度
" 随着三维零件冷却到室温，他补充说，不同的层无缝连接，排除了固化或任何其他化学处理的需要
因此，三维打印的部分可以很容易地熔化使用高热，然后作为印刷油墨回收
研究人员还指出，他们的材料是可重新编程的
换句话说，在被设置成一个形状后，它们可以仅仅通过加热而变成不同的形状
在未来，研究人员计划通过扩大当前研究中概述的多方面特性来增加新材料的功能
“目前，我们可以在室温下轻松实现约80%的自愈率，但我们希望达到100%
此外，我们想让我们的材料对除温度之外的其他刺激做出反应，比如光
“接下来，我们希望探索引入一些低级智能，以便这些材料知道如何自主适应，而不需要用户启动该过程
"
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