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          浙江大學謝濤教授課題組發明新型形狀記憶塑料

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          浙江大學謝濤教授課題組發明新型形狀記憶塑料(圖)

          浙江大學謝濤教授課題組發明新型形狀記憶塑料1

          幾天前,我見到一塊邊長5厘米的正方形塑料材料,度過了非常奇妙的一個早上——

          它躺在桌上,是平的。科學家把它疊成了一只千紙鶴。

          它又被浸到熱水里。接著一場水中芭蕾上演了:千紙鶴在水里展平,然后又慢慢收縮,出水的“芙蓉”,竟然成了一艘船。

          船,是這張塑料曾經被折疊過的造型,在溫度的作用下,它“恢復了記憶”。

          可是,它是一塊塑料,沒有大腦,不能記住任何事情。

          我想錯了。這個“戲法”,是一篇剛剛發表在《科學》雜志子刊《科學進展》上的論文,作者來自浙江大學化學工程聯合國家重點實驗室教授謝濤課題組。

          他們發明的塑料,在國際上首次實現了復雜可變形“折紙”。不僅可以記住它最近被塑造的造型,還可以“重置”記憶,記住更多的新造型。

          原理

          這種新型材料,它是怎么記憶的

          這種材料叫做“形狀記憶材料”。

          大部分的材料縱然在常溫下有很炫酷的造型,但一經加熱,就會變回原形——看看《終結者2》里,在1000℃熔爐下,再生猛的機器人都只能化成一攤金屬水。

          在實驗室里,論文第一作者趙騫副教授向記者介紹,他們的材料經過簡單的折疊,就能被加工成復雜的原始造型,比如鳥或者船甚至更精巧的造型。

          并且,原始造型還能被不斷地更改。這是因為科學家“在設計形狀記憶材料的過程中,加入了一種可交換共價鍵,可以在一定條件下,重組材料中分子間的連接關系。”

          這就相當于舞蹈演員手拉手跳一支“集體舞”,他們有一個核心的基礎造型,也就是原始造型。

          當處于較低溫度時,分子之間并不會“放手”,所以無論怎么折疊出新造型,都屬于臨時的形變——就像舞蹈演員伸伸腿、彎彎腰,看上去是一個新的造型。

          而當處于較高的溫度時,分子之間會迅速相互撒手后,再進行“換手”,找回記憶中拉手的小伙伴,恢復到原來的基礎“隊形”。這個時候,材料形變回到它的原始造型。

          如果要改變這個原始造型記憶,只要在高溫情況下塑型就可以。趙騫說,正是這種“換手”,讓新型的形狀記憶塑料能夠不斷被植入復雜形狀記憶。

          應用

          人工器官超級變變變,輕松鉆進人體

          課題組目前已經在研究,使用更低的溫度,去“喚回”這塊特殊塑料對原始造型的記憶。這將使這種材料能很廣泛地使用到現實生活中的多個領域,實現“超級變變變”。

          “現在越來越多的外科手術都趨向用微創的方法進行,手術的切口只有一個鑰匙孔那么大。但是目前的許多生物輔助材料,比如人工器官,體積是比較大的,只能開大刀手術。”

          趙騫說,如果用記憶材料制作這些人工器官,就可以解決這個問題,“我們可以把材料做成細長的形狀,便于它在手術的時候,順利地通過微創口子進入人體。到達人體內后,這種材料會在體溫的作用下,慢慢展開,并且和人的體內環境融合。”

          在《科學》雜志的官網上,該雜志科技記者約翰·博安農(John Bohannon)寫了一篇解讀這項成果的報道,文章中提到蒂莫西·懷特(Timothy White),他是一位化學工程師,在俄亥俄州Wright Patterson 空軍基地的空軍研究實驗室做研究工作,他了解到這項成果后表示,這為他們正在進行的一個項目注入了新的活力。

          趙騫告訴記者,“這是美國空軍在實行的一個跟機翼變形相關的計劃。”

          這個計劃比較復雜,我舉個通俗一點的例子,也就是有了這種材料呢,《星球大戰》里的千年隼號,可以在通過各種時空隧道的時候,自動感知周圍的環境變化,來進行變形,應對黑暗政權第一秩序的進攻。

          不過擺在眼面前,這種材料還真的挺適合女人們的——如果它們可以做成衣服、包包、首飾、鞋子……

          也許我們再也不用擔心家里沒有地方放,旅行箱總是不夠裝了——我讓它們都變形變小啊!要用了再展開來。

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