80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

兩片塑料“彈簧”正在接受拉力測(cè)試。一片伸展到原來(lái)的1.5倍長(zhǎng)時(shí)，崩斷了；另一片則穩(wěn)穩(wěn)伸到了兩倍長(zhǎng)。它們用的是同一種材料，唯一不同的是，第二片塑料被光“點(diǎn)”過(guò) “穴”。

  浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院謝濤教授團(tuán)隊(duì)最新設(shè)計(jì)出一種新型高分子材料（TIN,Topology Isomerizable Network），受光的調(diào)控，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以變化出多種形式，對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)出迥然相異的宏觀性能。這意味著，人們可以對(duì)同一材料的不同區(qū)域進(jìn)行“編程”，一次制造集多種材料于一體的復(fù)雜產(chǎn)品。

改變“葡萄園”

  謝濤教授及其合作團(tuán)隊(duì)研究的是一類網(wǎng)絡(luò)型高分子，這在我們的生活中很常見(jiàn)，比如，橡膠輪胎和波音787的機(jī)身的材料都屬于網(wǎng)絡(luò)型聚合物，它們的堅(jiān)固特性來(lái)源于它們的網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)——分子結(jié)構(gòu)有點(diǎn)兒像枝蔓交錯(cuò)的葡萄園，長(zhǎng)長(zhǎng)的分子鏈主鏈通過(guò)共價(jià)鍵交聯(lián)，交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主鏈上有時(shí)還連有長(zhǎng)長(zhǎng)的支鏈，就像掛著一串串分子“葡萄”。

  現(xiàn)在，科學(xué)家走進(jìn)了這片聚合物的“葡萄園”里，用一束光讓“葡萄串”的數(shù)量變多了，而每串葡萄變短了。對(duì)材料的核磁共振圖像顯示：主鏈上的側(cè)鏈明顯增多，側(cè)鏈變得更短，而主鏈網(wǎng)絡(luò)保持不變。謝濤教授認(rèn)為這是一種拓?fù)洚悩?gòu)�！熬拖裼靡欢淹瑯拥臉�(lè)高積木搭出不同的結(jié)構(gòu)。”

  高分子材料的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就是其分子的鏈接方式?jīng)Q定著材料宏觀性能。側(cè)鏈較長(zhǎng)的材料的分子更容易緊密排列，具有更高的結(jié)晶度和硬度（比如，花生油比橄欖油更容易結(jié)晶沉淀，是因?yàn)榛ㄉ偷姆肿渔湵乳蠙煊烷L(zhǎng)）。當(dāng)側(cè)鏈變短變多，材料硬度會(huì)下降，宏觀上表現(xiàn)得更為柔軟。

  當(dāng)大分子能夠像變形金剛一樣去改變自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，其性能也會(huì)隨之發(fā)生大幅度變化。在塑料“彈簧”的拉力試驗(yàn)開(kāi)始前，光線定向?qū)椈傻膸讉�(gè)“關(guān)節(jié)”進(jìn)行了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的“編程”，被“編程”過(guò)的地方變軟了，“彈簧”因此展現(xiàn)出更好的伸展性。

給材料N種“生命”

  這種可編程的高分子材料被稱為拓?fù)洚悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)高分子，對(duì)應(yīng)的英文為T(mén)opology IsomerizableNetwork（簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)IN）。不同的光照條件會(huì)觸發(fā)它成為不同的材料�！八褚环N‘待定’的材料，你可以根據(jù)需要把它變成你想要的。”研究團(tuán)隊(duì)成員之一，趙騫副教授介紹，材料中含有一種光敏感的催化劑，在光的觸發(fā)以及熱的作用下，聚合物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。

  在此之前，絕大部分網(wǎng)絡(luò)型高分子的“定性”發(fā)生在聚合階段，此后便不可更改。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)形成后，材料的性質(zhì)就此確定。這就像我們依照烘焙食譜制作甜點(diǎn)，什么配方?jīng)Q定了出爐的是面包還是蛋糕。而TIN則包含了多種可能性，在放入烤箱之后，你還有一次選擇的機(jī)會(huì)：是面包，還是蛋糕？

  謝濤教授研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事網(wǎng)絡(luò)型高分子研究，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的高分子共價(jià)網(wǎng)絡(luò)來(lái)探索不同特性的材料。2016年，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種“熱適性形狀記憶高分子”[1]，其網(wǎng)絡(luò)共價(jià)鍵能在特定溫度下發(fā)生更“換手”重組，從而讓材料具有形狀記憶功能�！巴ㄟ^(guò)這種‘換手’可以重塑材料的形狀，但是這個(gè)過(guò)程并沒(méi)有讓網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生實(shí)質(zhì)性改變，‘換手’前后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，仍然是同一個(gè)材料�！壁w騫說(shuō)。

  謝濤教授認(rèn)為，TIN代表了一種新的高分子設(shè)計(jì)思路，它讓網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從不變變成可變，賦予材料不同生命的可能性。目前，它既可以變成塑料，也可以變成橡膠。

其他辦法？

  世界上也有其他科學(xué)家關(guān)注到了高分子網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有兩項(xiàng)主要的工作發(fā)表于2018年左右。

  美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的Brent Sumerlin教授提出將一種可逆共價(jià)鍵鑲嵌在超支化聚合物的支化點(diǎn)或者線性嵌段共聚物的連接點(diǎn)上，在特定溫度及外加分子的參與下，高分子的拓?fù)錁?gòu)型可以從星型重組為梳型[2]；美國(guó)麻省理工學(xué)院Jeremiah Johnson課題組通過(guò)引入一種光響應(yīng)的金屬有機(jī)分子籠作為超分子網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了能在兩個(gè)拓?fù)錉顟B(tài)之間切換的超分子材料[3]。這一方法依賴于光的持續(xù)“助力”才能保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

  “TIN不需要加入額外的物質(zhì)，而且經(jīng)過(guò)光照調(diào)控拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，其結(jié)構(gòu)不再依賴于光的存在就可以保持穩(wěn)定，這種共價(jià)網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)化機(jī)理和前有的拓?fù)渲亟M體系有很大區(qū)別。無(wú)需外加分子的參與對(duì)材料的編程控制及未來(lái)的潛在應(yīng)用有非常重要的意義�！敝x濤教授說(shuō)。

當(dāng)材料可以編程

  假如物質(zhì)可以編程，我們只需要準(zhǔn)備好 “源”材料，心里想要什么就能讓它成為什么。這樣的“天方夜譚”在電影《變形金剛4》中出現(xiàn)過(guò)：史坦利·圖齊把手中一堆懸浮在空中的小方塊稱為“可編程物質(zhì)”，它們一會(huì)兒成為了一個(gè)音響，一會(huì)兒又變成了一把手槍……

圖為《變形金剛4》劇照

  盡管夢(mèng)想還遙遠(yuǎn)，但TIN已顯示出作為可編程物質(zhì)的潛力。在TIN的體系里，編程的語(yǔ)言是“光”，光操控高分子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的拓?fù)錁?gòu)型。這樣，一種材料就具有了變成N種材料的可能性，或者，可以做出集多種材料于一身的混合體，從而實(shí)現(xiàn)各種新穎的結(jié)構(gòu)與功能。

  研究團(tuán)隊(duì)對(duì)此做了初步嘗試，他們做了一根、塑料+橡膠的復(fù)合“繩”。在不同的溫度下，具有形狀記憶功能的塑料與形狀基本固定的橡膠，“扭”出了豐富多變的造型。這一嘗試提示人們，當(dāng)我們可以對(duì)材料的不同空間區(qū)域進(jìn)行“編程”時(shí)，我們就能設(shè)計(jì)出各種各樣前所未有的功能材料。這將大大豐富設(shè)計(jì)師們的材料庫(kù)，在很多新興領(lǐng)域如柔性電子、人工肌肉、智能穿戴等方面展現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。

  相關(guān)研究論文于3月28日發(fā)表于Science Advances上。

   論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/13/eaaz2362

參考文獻(xiàn)

[1] Q. Zhao, W. K. Zou, Y. W. Luo, T. Xie, Shape memory polymer network with thermally distinct elasticity and plasticity. Sci. Adv. 2, e1501297 (2016).

[2] H. Sun, C. P. Kabb, Y. Dai, M. R. Hill, I. Ghiviriga, A. P. Bapat, B. S. Sumerlin, Macromolecular metamorphosis via stimulus-induced transformations of polymer architectures. Nat. Chem. 9, 817–823 (2017).

[3] Y. Gu, E. A. Alt, H. Wang, X. Li, A. P. Willard, J. A. Johnson, Photoswitching topology in polymer networks with metal-organic cages as crosslinks. Nature 560, 65–69 (2018).