2019年12月12日
北海道大学的研究人员开发了一种水凝胶,这种水凝胶的作用与聚合物材料(如塑料瓶)通常的作用相反。它们的材料在加热时变硬,在冷却时变软。他们的发现可能导致制造交通和运动相关事故的防护服。欧洲杯足球竞彩
热稳定蛋白的启示
北海道大学(Hokkaido University)的野山孝之(Takayuki Nonoyama)和宫建平(Jian Ping Gong)及其同事受到了在极端高温环境(如温泉和深海热泉)中生存的生物体中蛋白质如何保持稳定的启发。正常情况下,热会使蛋白质“变性”,改变它们的结构并破坏它们的化学键。但是,由于加强了静电相互作用(如离子键),嗜热生物体内的蛋白质在高温下保持稳定。
新开发的廉价聚丙烯酸凝胶
该团队基于这一概念开发了一种廉价、无毒的聚丙烯酸凝胶。一种由聚电解质(丙烯酸)(PAAc)组成的凝胶将PAAc浸入醋酸钙水溶液中。PAAc自身的作用类似于任何其他聚合物基材料,在加热时会软化。但当添加醋酸钙时,PAAc的侧残基与醋酸钙分子发生相互作用,其方式与嗜热蛋白中发生的情况类似,导致PAAc的作用非常不同。
聚合物密相和稀相
研究小组发现,随着温度的升高,它们原本均匀的凝胶会分离成聚合物密集“相”和聚合物稀疏“相”。当达到临界温度时(在60℃左右),致密相会发生严重脱水,加强了聚合物分子之间的离子键和疏水相互作用。这使得这种材料迅速从柔软、透明的水凝胶转变为坚硬、不透明的塑料。
更硬、更强、更坚韧的水凝胶
加热后的材料比原来的水凝胶硬度高1800倍,强度高80倍,强度高20倍。通过交替加热和冷却材料,软-刚性转换是完全可逆的。此外,科学家可以通过调整成分的浓度来微调开关温度。
“这种聚合物凝胶可以很容易地由日常生活中常见的多用途、廉价和无毒原料制成。具体来说,聚丙烯酸用于一次性尿布,醋酸钙用于食品添加剂欧洲杯足球竞彩”龚建平补充道。
“本研究对新型温度敏感聚合物的基础研究和温度敏感智能材料的应用研究具有重要意义欧洲杯足球竞彩.”
在防护服中的可能应用
然后,他们通过将该材料与玻璃纤维织物相结合来证明其可能的应用。这种新织物在室温下是柔软的,但当它以80 km/h的速度在沥青表面上拉动5秒钟时,摩擦产生的热量使材料硬化,在接触面上仅形成轻微磨损表面。
野山隆之说"例如,由类似织物制成的衣服可用于在交通或与运动有关的事故中保护人们。我们的材料也可以用作吸热窗户涂层,以保持室内环境凉爽.”
来源:https://www.global.hokudai.ac.jp/