哈佛大学工程师发现将橡胶阻力提高10倍的方法

哈佛大学工程师发现将橡胶阻力提高10倍的方法SEAS的研究人员开发出一种多尺度方法,使颗粒增强橡胶能够承受高负荷,并在反复使用中抵御裂纹增长。上图中,左侧样品中的裂纹在增长,而右侧样品中的裂纹在经过350,000次循环后仍然完好无损,该样品由多尺度材料制成。资料来源:SuoGroup/HarvardSEAS这项研究发表在《自然》杂志上。改进微粒增强橡胶天然橡胶乳胶柔软而富有弹性。在包括轮胎、软管和阻尼器在内的一系列应用中,橡胶都是由碳黑和二氧化硅等硬质颗粒加固的。自问世以来,这些微粒大大提高了橡胶的刚度,但并没有提高材料在循环拉伸时的抗裂纹增长能力,这种测量方法被称为疲劳阈值。事实上,自20世纪50年代首次测量以来,颗粒增强橡胶的疲劳阈值并没有多大改善。这意味着,即使轮胎经过改进,提高了耐磨性并降低了油耗,但细小的裂缝仍会将大量橡胶微粒带入环境中,对人类造成空气污染,并在溪流和河流中积聚。橡胶工程学的新发现在之前的研究中,SEAS的AllenE.andMarilynM.Puckett力学与材料学教授索志刚领导的研究小组通过延长聚合物链和增加缠结密度,显著提高了橡胶的疲劳阈值。那么颗粒强化橡胶又如何呢?研究小组在高度纠缠的橡胶中加入了二氧化硅颗粒,他们认为颗粒会增加硬度,但不会影响疲劳阈值,正如文献中普遍报道的那样。他们错了。SEAS前研究生、论文共同第一作者杰森-斯特克(JasonSteck)说:"这真是个惊喜。我们没想到添加颗粒会提高疲劳阈值,但我们发现疲劳阈值提高了十倍。Steck现在是通用电气航空航天公司的研究工程师。"在哈佛团队的材料中,聚合物链很长而且高度纠缠在一起,而微粒则聚集在一起并与聚合物链共价结合。"事实证明,"论文共同第一作者、前SEAS研究生JunsooKim说,"这种材料能在两个长度尺度上分散裂缝周围的应力:聚合物链尺度和颗粒尺度。这种组合阻止了材料中裂缝的生长"。Kim现为美国西北大学机械工程系助理教授。影响和未来应用研究小组在一块材料上切割出一条裂缝,然后将其拉伸数万次,以此证明了他们的方法。在他们的实验中,裂缝从未扩大。该研究的资深作者索说:"我们的多尺度应力分散方法拓展了材料特性的空间,为减少聚合物污染和制造高性能软机器打开了大门。"哈佛大学技术开发办公室驻校专家、论文合著者雅科夫-库佐夫斯基(YakovKutsovsky)说:"设计新型弹性材料的传统方法忽略了利用多尺度应力分散实现高性能弹性材料广泛工业用途的这些关键见解。这项工作中开发和展示的设计原则可适用于广泛的工业领域,包括轮胎和工业橡胶制品等大批量应用,以及可穿戴设备等新兴应用。"编译自/scitechdaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419801.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1419801.htm

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研究发现一种较弱的粘合剂可使聚合物强度提高10倍

研究发现一种较弱的粘合剂可使聚合物强度提高10倍这些类橡胶聚合物通常用于汽车零部件,也经常用作3D打印物体的“墨水”。研究人员目前正在探索将这种方法扩展到其他类型材料的可能性,例如橡胶轮胎。麻省理工学院化学教授耶利米·约翰逊(JeremiahJohnson)表示:“如果你能让橡胶轮胎的抗撕裂能力提高10倍,这可能会对轮胎的使用寿命和脱落的微塑料废物量产生巨大影响。”该研究的资深作者之一,该研究于6月22日发表在《科学》杂志上。当这种聚合物网络被拉伸时,较弱的交联键(蓝色)比任何强聚合物链更容易断裂,从而使裂纹更难以在材料中传播。图片来源:研究人员提供,由麻省理工学院新闻编辑这种方法的一个显着优点是它似乎不会改变聚合物的任何其他物理特性。“聚合物工程师知道如何使材料变得更坚韧,但这总是涉及到改变材料的一些其他你不想改变的特性。在这里,韧性的增强没有任何其他物理特性的显着变化——至少我们可以测量到——并且它是通过仅替换整体材料的一小部分来实现的。”杜克大学也是该论文的资深作者。该项目源于约翰逊、克雷格和杜克大学教授迈克尔·鲁宾斯坦(MichaelRubinstein)之间的长期合作,迈克尔·鲁宾斯坦也是该论文的资深作者。该论文的主要作者是麻省理工学院的博士后王舒,他在杜克大学获得了博士学位。最薄弱的环节聚丙烯酸酯弹性体是由通过分子连接在一起的丙烯酸酯链制成的聚合物网络。这些构建块可以以不同的方式连接在一起,以创建具有不同属性的材料。这些聚合物经常使用的一种结构是星形聚合物网络。这些聚合物由两种类型的结构单元制成:一种是具有四个相同臂的星形结构,另一种是充当连接体的链。这些连接器与恒星每条臂的末端结合,形成一个类似于排球网的网络。在2021年的一项研究中,克雷格、鲁宾斯坦和麻省理工学院教授布拉德利·奥尔森联手测量了这些聚合物的强度。正如他们所预期的那样,他们发现当使用较弱的末端连接体将聚合物链固定在一起时,材料会变得更弱。这些较弱的连接体含有称为环丁烷的环状分子,与通常用于连接这些结构单元的连接体相比,可以用小得多的力来破坏这些较弱的连接体。作为该研究的后续行动,研究人员决定研究一种不同类型的聚合物网络,其中聚合物链在随机位置与其他链交联,而不是在末端连接。这次,当研究人员使用较弱的连接体将丙烯酸酯构件连接在一起时,他们发现该材料变得更耐撕裂。研究人员认为,这种情况的发生是因为较弱的键随机分布在整个材料中的强链之间,而不是最终链本身的一部分。当这种材料被拉伸到断裂点时,任何穿过材料传播的裂纹都会试图避开较强的键,而通过较弱的键。这意味着与所有键强度相同时相比,裂纹必须破坏更多的键。“尽管这些键较弱,但更多的键最终需要被打破,因为裂缝会穿过最弱的键,最终会成为一条更长的路径,”约翰逊说。坚韧材料通过这种方法,研究人员发现,掺入一些较弱连接基的聚丙烯酸酯比采用较强交联分子制成的聚丙烯酸酯更难撕裂9至10倍。即使弱交联剂仅占材料总成分的2%左右,也能实现这种效果。研究人员还表明,这种改变的成分不会改变材料的任何其他特性,例如加热时的抗分解性。约翰逊说:“两种材料在网络层面具有相同的结构和相同的性能,但在撕裂方面却具有几乎数量级的差异,这是非常罕见的。”研究人员目前正在研究这种方法是否可以用于提高包括橡胶在内的其他材料的韧性。“关于其他类型的材料可以获得何种程度的增强以及如何最好地利用它,还有很多值得探索的地方,”克雷格说。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367383.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1367383.htm

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麻省理工学院和哈佛大学工程师成功将二氧化碳转化为甲酸盐燃料

麻省理工学院和哈佛大学工程师成功将二氧化碳转化为甲酸盐燃料现在,麻省理工学院和哈佛大学的研究人员已经开发出一种高效的工艺,可以将二氧化碳转化为甲酸盐,甲酸盐是一种液态或固态物质,可以像氢气或甲醇一样用于燃料电池和发电。甲酸钾或甲酸钠已经形成工业规模,通常用作道路和人行道的除冰剂,它无毒、不易燃、易于储存和运输,并能在普通钢罐中保持稳定,在生产几个月甚至几年后仍可使用。效果图显示了灰色桌子上的三个部分:顶部是白色的房屋模型;燃料电池夹在两块金属板之间,周围漂浮着球形分子;底部是电解槽,看起来与燃料电池相似,周围也漂浮着分子。图片来源:哈佛大学设计研究生院ShuhanMiao麻省理工学院博士生张震、任志初和亚历山大-奎恩(AlexanderH.Quinn)、哈佛大学博士生奚大为和麻省理工学院教授李菊最近在《细胞报告物理科学》(CellReportsPhysicalScience)杂志上发表的一篇开放存取论文中描述了这一新工艺。整个过程包括捕获气体并将其电化学转化为固体甲酸盐粉末,然后将其用于燃料电池发电。不过,研究人员希望它可以扩展,以便为个人家庭提供无排放的热能和电力,甚至用于工业或电网规模的应用。提高效率和实用性其他将二氧化碳转化为燃料的方法通常涉及两个阶段:首先,通过化学方法捕获气体并将其转化为碳酸钙等固体形式,然后加热该材料以驱除二氧化碳并将其转化为一氧化碳等燃料原料。第二步的效率非常低,通常只能将不到20%的气态二氧化碳转化为所需产品。相比之下,新工艺的转化率远远超过90%,而且不需要低效的加热步骤,首先将二氧化碳转化为一种中间形式,即液态金属碳酸氢盐。然后,在使用低碳电力(如核能、风能或太阳能)的电解槽中,通过电化学方法将这种液体转化为液态甲酸钾或甲酸钠。然后,生产出的高浓度液态甲酸钾或甲酸钠溶液可以通过太阳能蒸发等方法进行干燥,生产出高度稳定的固体粉末,可以在普通钢罐中储存长达数年甚至数十年。带有碳酸氢盐阴极、中间缓冲层、阳离子交换膜和水阳极的电沸腾器配置。资料来源:哈佛大学设计研究生院ShuhanMiao核科学与工程系和材料科学与工程系联合任职的李说,团队开发的几个优化步骤在将低效化学转换过程转变为实用解决方案方面发挥了重要作用。转化过程和应用碳捕集与转化过程首先是基于碱性溶液的捕集,将发电厂排放等高浓度气流或极低浓度来源(甚至是露天)的二氧化碳浓缩成液态金属碳酸氢盐溶液。然后,通过阳离子交换膜电解槽,这种碳酸氢盐被电化学转化为固体甲酸盐晶体,其碳效率超过96%,这一点已在研究小组的实验室规模实验中得到证实。这些晶体具有无限期的保质期,非常稳定,可以储存数年甚至数十年而几乎没有损耗。相比之下,即使是现有最好的实用氢气储存罐,每天也会有约1%的气体泄漏,这就排除了任何需要长年储存的用途。甲醇是另一种被广泛探讨的将二氧化碳转化为燃料电池所需的燃料的替代品,但甲醇是一种有毒物质,在泄漏可能对健康造成危害的情况下,甲醇很难被改造成燃料电池所需的燃料。而甲酸盐则被广泛使用,根据国家安全标准,甲酸盐被认为是无害的。技术改进该工艺的效率之所以能大幅提高,主要得益于几项改进。首先,膜材料及其配置的精心设计克服了以前尝试这种系统时遇到的一个问题,即某些化学副产品的堆积会改变pH值,导致系统的效率随着时间的推移而逐渐降低。"传统上,很难实现长期、稳定、持续的原料转化,"张说。"我们系统的关键在于实现稳态转化的pH值平衡。"为此,研究人员进行了热力学建模,以设计新工艺,使其达到化学平衡,pH值保持稳定,酸度不会随时间变化。因此,它可以长期高效地运行。在他们的测试中,该系统运行了200多个小时,产量没有明显下降。整个过程可在环境温度和相对较低的压力(约为大气压的五倍)下完成。另一个问题是,不必要的副反应会产生其他无用的化学产品,但研究小组想出了一个办法,通过引入一个额外的富含碳酸氢盐的玻璃纤维棉"缓冲"层来阻止这些副反应。研究小组还建造了一个燃料电池,专门针对使用这种甲酸盐燃料发电进行了优化。储存的甲酸盐颗粒只需溶解在水中,然后根据需要泵入燃料电池。虽然固体燃料比纯氢重得多,但考虑到储存氢气所需的高压气罐的重量和体积,最终的结果是,在给定储存体积的情况下,电力输出接近平价。潜在应用研究人员说,甲酸盐燃料可以应用于从家用设备到大型工业用途或电网规模的存储系统等任何领域。最初的家庭应用可能需要一个与冰箱大小相当的电解装置,用来捕捉二氧化碳并将其转化为甲酸盐,然后储存在地下或屋顶的储罐中。然后,在需要时,将粉末状固体与水混合,送入燃料电池,提供电力和热量。张说:"这适用于社区或家庭示范,但我们相信,将来它也可能适用于工厂或电网。"西北大学化学系教授、电气与计算机工程系教授泰德-萨金特(TedSargent)说:"甲酸盐经济是一个引人入胜的概念,因为金属甲酸盐非常良性和稳定,是一种引人注目的能量载体。作者们证明了从碳酸氢盐原料到甲酸盐的液-液转换效率得到了提高,并证明了这些燃料以后可以用来发电。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395963.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1395963.htm

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哥伦比亚大学工程师开发出光控分子设备

哥伦比亚大学工程师开发出光控分子设备利用光来控制电子特性,哥伦比亚工程公司的新型单分子器件具有直接的金属-金属接触,标志着分子电子学的重大进展,有望提高电子元件的微型化和效率。资料来源:文卡特拉曼实验室挑战随着设备不断缩小,其电子元件也必须微型化。使用有机分子作为导电通道的单分子器件有可能解决传统半导体所面临的微型化和功能化难题。这种器件提供了利用光进行外部控制的令人兴奋的可能性,但到目前为止,研究人员还无法证明这一点。分子电子学先驱、劳伦斯-古斯曼应用物理学教授兼哥伦比亚大学工程学院化学教授拉塔-文卡塔拉曼(LathaVenkataraman)说:"通过这项工作,我们开启了分子电子学的一个新维度,即可以用光来控制分子如何在两个金属电极之间的间隙中结合。"这就像是在纳米尺度上打开了一个开关,为设计更智能、更高效的电子元件开辟了各种可能性。"方法近二十年来,Venkataraman的研究小组一直在研究单分子器件的基本特性,探索纳米尺度上物理、化学和工程学的相互作用。她的研究重点是构建具有各种功能的单分子电路,即一个分子连接两个电极,电路结构以原子精度定义。她的研究小组以及利用碳基二维材料石墨烯制造功能器件的研究小组都知道,在金属电极和碳系统之间建立良好的电接触是一项重大挑战。解决方案之一是使用有机金属分子,并设计出将电导线与分子内的金属原子连接起来的方法。为了实现这一目标,他们决定探索使用有机金属含铁二茂铁分子,这种分子也被认为是纳米技术世界中的微小积木。就像乐高积木可以堆砌出复杂的结构一样,二茂铁分子也可以用作构建超小型电子设备的积木。研究小组使用了一种以二茂铁基团为端基的分子,该分子由两个碳基环戊二烯环组成,环戊二烯环夹着一个铁原子。然后,他们利用二茂铁分子的电化学特性,在分子处于氧化状态(即铁原子失去一个电子)时,在二茂铁铁中心和金(Au)电极之间形成直接键合。在这种状态下,他们发现二茂铁可以与用于连接分子和外部电路的金电极结合。从技术上讲,氧化二茂铁可以使Au0与Fe3+中心结合。该研究的第一作者WoojungLee是Venkararaman实验室的一名博士生,他说:"通过利用光诱导氧化,我们找到了一种在室温下操纵这些微小构件的方法,为未来在分子水平上利用光控制电子设备的行为打开了大门。"潜在影响Venkataraman的新方法将使她的团队能够扩展用于创建单分子器件的分子终端(接触)化学类型。这项研究还表明,利用光来改变二茂铁的氧化态,就能打开或关闭这种接触,从而展示了一种基于二茂铁的光开关单分子器件。这种光控器件可为开发响应特定光波长的传感器和开关铺平道路,从而为各种技术提供用途更广、效率更高的元件。团队这项工作是一项涉及合成、测量和计算的合作成果。合成工作主要由MichaelInkpen在哥伦比亚大学完成,他曾是Venkataraman小组的博士后,现在是南加州大学的助理教授。所有的测量工作都是由Venkataraman小组的研究生WoojungLee完成的。计算由文卡塔拉曼小组的研究生和德国雷根斯堡大学的合作者共同完成。下一步行动研究人员目前正在探索光控单分子器件的实际应用。这可能包括优化器件性能、研究它们在不同环境条件下的行为,以及完善金属-金属界面所带来的其他功能。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423925.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1423925.htm

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受贝壳启发 一种水泥复合材料的柔韧性提高了19倍

受贝壳启发一种水泥复合材料的柔韧性提高了19倍大自然以利用有限、适度的材料开发轻质而坚韧的材料而闻名,这些材料被排列成巧妙的结构。以珍珠质为例。一些软体动物贝壳闪闪发光的内层通常被称为珍珠母,它是一种有机-无机复合材料,由硬质矿物文石的六角形薄片组成的三维砖墙图案,由柔软的超弹性生物聚合物粘合而成。虽然文石片非常脆,但生物聚合物的柔韧性使其能够在拉应力作用下滑动,从而使珍珠质成为一种坚韧的材料,能够在断裂前发生显著变形。现在,普林斯顿大学土木与环境工程系的研究人员通过模仿天然珍珠质的结构,创造出了一种新型的优质水泥复合材料。天然珍珠层由文石薄片组成,由一种超弹性生物聚合物粘合在一起这项研究的第一作者、普林斯顿大学工程系研究生沙山克-古普塔(ShashankGupta)说:"软硬成分之间的协同作用是珍珠质具有非凡机械特性的关键。如果我们能设计出抵抗裂纹扩展的混凝土,我们就能让它变得更坚硬、更安全、更耐用。"为了制作珍珠状复合材料,研究人员用水泥浆片制作了六角形片材,并将其分层,中间用聚乙烯硅氧烷(PVS)隔开,聚乙烯硅氧烷是一种超弹性生物聚合物。然后用这种材料制成的横梁对复合材料的机械响应进行了测试,并与用固体(整体)浇注水泥浆制成的横梁进行了比较。研究人员对梁进行了缺口三点弯曲(3PB)试验,即在梁的中部向下施压,在两端向上施压,以评估抗裂性或断裂韧性。试验结果表明,水泥浆浇注的"硬"梁很脆;由于没有柔韧性(延展性),它们在达到失效点时突然完全断裂。相比之下,珍珠质复合梁的延展性是对照梁的19倍,断裂韧性是对照梁的17.1倍,而强度几乎相同。研究人员制作的珍珠质水泥复合材料示意图普林斯顿大学建筑材料与增材制造(AM2)实验室负责人、该研究的通讯作者雷扎-莫伊尼(RezaMoini)说:"我们的生物启发方法不是简单地模仿自然界的微观结构,而是学习其基本原理,并利用这些原理来指导人造材料的工程设计。使珍珠质外壳坚硬的关键机制之一是纳米级的片状滑动。在这里,我们重点研究了片剂滑动的机制,通过工程设计使水泥浆的内置表层结构与聚合物的特性以及它们之间的界面保持平衡。换句话说,我们有意在脆性材料中设计缺陷,以此在设计上使其变得更坚固"。当然,这些结果都是在实验室中得出的。研究人员计划在实际环境中测试生物启发水泥复合材料,并研究其机械性能是否可用于提高混凝土和瓷器等其他材料的抗裂性。这项研究发表在《先进功能材料》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434604.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1434604.htm

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哈佛大学开发的水凝胶粘合方法有望带来新型生物材料解决方案

哈佛大学开发的水凝胶粘合方法有望带来新型生物材料解决方案这幅插图重点展示了两种水凝胶(蓝色显示)如何通过壳聚糖薄膜(橙色显示)以不同方式结合在一起。形成的粘结异常牢固,可以抵抗高张力。资料来源:PeterAllen、RyanAllen和JamesC.Weaver。在临床实践中,水凝胶已被用于抗病原体的治疗性给药,眼科中的眼内镜、隐形眼镜和角膜假体,组织工程和再生中的骨水泥、伤口敷料、凝血绷带和三维支架。然而,水凝胶聚合物之间的快速强力粘附仍是一项尚未解决的需求,因为传统方法往往会在粘附时间超过预期后导致粘附力减弱,而且依赖于复杂的程序。实现聚合物的快速粘合可以带来许多新的应用,例如,可以对水凝胶的硬度进行微调,使其更好地贴合特定组织;按需封装用于医疗诊断的柔性电子器件;或为身体难以包扎的部位制作自粘性组织包裹。现在,哈佛大学维斯生物启发工程研究所(WyssInstituteforBiologicallyInspiredEngineering)和哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院(JohnA.PaulsonSchoolofEngineeringandAppliedSciences,SEAS)的科学家们利用壳聚糖薄膜创造出了一种简单而多用途的方法,可以立即有效地粘合由相同或不同类型的水凝胶和其他聚合物材料制成的层。他们成功地将新方法应用于几个尚未解决的医学问题,包括组织的局部保护性冷却、血管损伤的密封,以及防止本不应相互粘连的身体内部表面发生不必要的"手术粘连"。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。"壳聚糖薄膜具有在体内和体外有效组装、微调和保护水凝胶的能力,为创造再生医学和外科护理设备提供了许多新机会,"该研究的资深作者、Wyss研究所创始核心成员DavidMooney博士说,"壳聚糖薄膜的应用速度快、简便、有效,使其成为用途广泛的工具和组件,可在手术过程中通常很短的时间内完成体内组装过程,并可在制造设施中简单地制造复杂的生物材料结构。"穆尼还是SEAS的罗伯特-平卡斯家族生物工程学教授。工程学的新纽带过去几年来,穆尼在威斯研究所和SEAS的团队开发出了"强韧粘合剂",这是一系列再生医学方法,使用可拉伸水凝胶,通过强力粘附在湿组织表面并符合组织的机械特性,促进伤口愈合和组织再生。"精确配制的韧性粘合剂和非粘性水凝胶为我们和其他研究人员提供了改善病人护理的新机会。但是,为了将它们的功能更进一步甚至更多步,我们希望能够将两种或更多水凝胶组合成更复杂的组合体,并以简单的过程快速、安全地实现这一目标,"共同第一作者、前Wyss研究助理BenjaminFreedman博士说,他与穆尼一起带头开发了几种强韧粘合剂。现有的即时粘合水凝胶或弹性体的方法有明显的缺点,因为它们依赖于有毒胶水、表面化学功能化或其他复杂的程序。通过生物材料筛选方法,研究小组确定了完全由壳聚糖制成的桥接薄膜。壳聚糖是一种含糖聚合物,可以很容易地从贝类的甲壳素外壳中提取出来,目前已被广泛应用于商业领域。例如,它目前被用于处理种子和农业生物杀虫剂、防止酿酒过程中的腐败、自愈合涂料以及医疗伤口管理。研究小组发现,壳聚糖薄膜通过与传统水凝胶粘合方法不同的化学和物理相互作用,实现了水凝胶快速而牢固的粘合。壳聚糖的糖链不是通过单个原子之间的电子共享(共价键)来产生新的化学键,而是通过静电作用和氢键(非共价键)迅速吸收水凝胶层之间的水分,并与水凝胶的聚合物支架缠结在一起,形成多个键。这使得水凝胶之间的粘合力大大超过传统的水凝胶粘合方法。首次应用为了证明他们的新方法具有广泛的潜力,研究人员把重点放在了非常不同的医疗挑战上。他们的研究表明,用壳聚糖薄膜改性的韧性粘合剂现在可以很容易地缠绕在受伤手指等圆柱形物体上,作为自粘绷带提供更好的伤口护理。由于壳聚糖键合水凝胶的含水量高,因此应用这种水凝胶还可以局部冷却下层人体皮肤,这在未来可能会成为烧伤治疗的替代疗法。研究人员还将表面经过壳聚糖薄膜修饰的水凝胶(坚韧的凝胶)无缝地包裹在肠道、肌腱和周围神经组织上,而不与组织本身粘合。"这种方法为在手术过程中有效隔离组织提供了可能,否则会形成'纤维粘连',有时会造成破坏性后果。"Freedman解释说:"预防纤维粘连是一项尚未满足的临床需求,而商业技术还无法充分满足这一需求。"在另一项应用中,他们在一种坚韧的凝胶上铺设了一层薄薄的壳聚糖薄膜,这种凝胶已经作为伤口密封剂置于受伤的猪主动脉上,以增加绷带的整体强度,因为绷带暴露在血管中血液搏动的周期性机械力之下。"戴夫-穆尼研究小组的这项研究为生物医学水凝胶设备的工程设计增添了一个新的维度,它可以为再生医学和外科医学中尚未解决的紧迫问题提供优雅的解决方案,让许多病人从中受益,"Wyss创始董事、医学博士唐纳德-英格伯(DonaldIngber)说,他同时也是哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学朱达-福克曼(JudahFolkman)教授和SEAS生物启发工程汉斯约格-威斯(HansjörgWyss)教授。编译自/scitechdaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424432.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1424432.htm

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加州理工学院工程师开发出一种异常坚韧的打结材料

加州理工学院工程师开发出一种异常坚韧的打结材料这些新的打结材料由于其耐用性、可能的生物相容性和极端的可变形性,可能会在生物医学以及航空航天领域找到应用。前加州理工学院研究生WidiantoP.Moestopo(19岁硕士,22岁博士)说:"克服材料可变形性和拉伸韧性[被拉伸而不断裂的能力]之间的一般权衡的能力为设计极其灵活、耐用并能在极端条件下运行的设备提供了新的方法。"Moestopo是一篇关于纳米级结的论文的主要作者,该论文于3月8日发表在《科学进展》上。他在JuliaR.Greer的实验室里帮助开发了这种材料,她是RubenF.andDonnaMettler材料科学、力学和医学工程教授;Kavli纳米科学研究所的FletcherJones基金会主任;以及《科学进展》论文的资深作者。格里尔站在创造这种纳米架构材料的最前沿,或者说其结构是在纳米尺度上设计和组织的材料,因此表现出不寻常的,往往是令人惊讶的特性。用微尺度结构建的材料的抗拉强度(左),与缺乏结但其他结构相同的材料的抗拉强度(右)相比。资料来源:加州理工学院Greer说:"着手了解结点将如何影响微结构材料的机械反应是一个新的突破性想法。我们已经做了广泛的研究,研究许多其他类型的微织物的机械变形,例如,格子和编织材料。进入结的世界使我们能够更深入地了解摩擦和能量耗散的作用,并证明是有意义的"。每个结的高度和宽度约为70微米,每个纤维的半径约为1.7微米(约为人类头发半径的百分之一)。虽然这些不是有史以来最小的结--在2017年,化学家们打了一个由单个原子链组成的结--但这代表了由这种规模的众多结组成的材料首次被创造出来。此外,它显示了在材料中包括这些纳米级结的潜在价值--例如,在生物医学中用于缝合或拴牢。由聚合物制成的打结材料表现出的拉伸韧性远远超过了没有打结但其他结构相同的材料,包括那些单个股线交织在一起而不是打结的材料。与未打结的材料相比,打结的材料吸收的能量多出92%,并且在被拉动时需要两倍以上的应变量才能断裂。这些结没有被机械打结,而是通过使用先进的高分辨率三维光刻技术以打结的状态制造出来的,因此能够产生纳米级的结构。《科学进展》论文中详述的样品包含简单的结--一个带有额外扭曲的反手结,在材料被拉伸的同时提供额外的摩擦力以吸收额外的能量。在未来,该团队计划探索由更复杂的绳结构成的材料。Moestopo对绳结的兴趣来自于他在2020年COVID-19锁定期间进行的研究。"我看到了一些研究人员的作品,他们正在研究物理结的力学原理,而不是纯粹数学意义上的结。我不认为自己是一个登山者,一个水手,或一个数学家,但我一生都在打结,所以我认为值得尝试在我的设计中插入结,"他说。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351227.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1351227.htm

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