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既能自愈还能阻燃 他们研发的“离子皮肤”真神奇_科技

发布日期:2020-06-15 07:46   来源:未知   阅读:

你是否曾经在科幻电影中看到,未来机器人的皮肤,除了弹性十足、受伤能自动修复,遇到高温燃烧还可以阻燃,同时传递信号、连接无线终端实施预警。上海科技大学物质学院凌盛杰课题组近期开发的新型离子皮肤材料i-skin,将未来照进现实。

图说:(左起)凌盛杰教授、刘强、杨硕、任婧研究员 采访对象供图

生物体通过离子运输实现信号传递。这一研究以天然蚕丝蛋白和钙离子为原料,通过不同的合成策略,制备出一种透明、可拉伸、可自修复、高生物安全、可阻燃且导电的离子皮肤材料i-skin;并开发了一种在极端条件(火灾)下可以通过无线信号传递预警信息的报警系统。相关工作补充了近年来可穿戴设备防火安全性研究中的欠缺,并为人工皮肤的设计提供新的灵感。

离子皮肤本事大

该离子皮肤材料制备方法简单,可大规模应用生产。其本身具有高透明性和良好的柔性,通过调控钙离子含量可以控制它在不同环境中的力学性能。“在高湿度环境中,它具有很好的粘附性和自愈性能,也可达到在不同温度和湿度下良好的可拉伸性质,伸长率高达1200%,同时导电性也满足可穿戴器件的需求。”物质学院2019级硕士研究生刘强介绍。

据介绍,钙离子使材料具备了与环境物质交换的能力,保持了离子皮肤材料体系中结合水的稳定。钙离子螯合水的存在,一方面提供了大量氢键,使材料具有较高的韧性和可自愈能力。另一方面,在材料暴露在火灾环境下时,使材料表面在接触火焰的第一时间吸热、气化,并迅速形成膨胀,对内部基底形成保护。

图说:新型离子材料的组成及火灾报警、阻燃原理 采访对象供图

“燃烧往往发生在一瞬间,为了探究燃烧过程中材料发生的化学反应过程,我们采用热质联用的表征手段,分析了不同反应阶段下的材料组分的变化。”刘强告诉记者。

科研人员还进一步探究极端条件下离子皮肤材料离子导体的电学行为。火焰炙烧下,其电阻值会在初始期快速下降,并维持一段较长的稳定期,期间仍然可以导电。基于这种特殊的性质,研究团队设计开发出一种可以无线传递信息的火灾报警系统。在离子皮肤保护下,易燃材料在火焰下可以长时间的维持力学形貌,而不被燃烧分解,同时仍然可以为系统提供火灾报警信息。

年轻科研人收获多

刘强表示,这一研究利用简单的方法,制备出基于天然蚕丝蛋白的离子导体膜,具有良好的导电性、可调控的力学性质、自修复性和阻燃性。“该成果为研究这类材料燃烧机制提供了可行的方案,也为一类基于离子导体的新型人造皮肤设计提供了新的思路,对提升可穿戴设备安全性有重要的启示。”

记者了解到,这项研究由物质学院2019级硕士研究生刘强和2016级本科生杨硕合作完成,同时也是杨硕本科毕业设计的一部分。研究过程中,他们对科研也有了更深的理解。

“在这次研究中,燃烧过程的原理如何定性表征一度成为实验进度的瓶颈,但是在研究生课堂上,我了解了热质联用的表征手段,实验结果得到了老师的肯定。这项成果能在国际期刊《ACS Materials Letters》发表,离不开凌盛杰老师专业细致的指导和课题组宽松自由的科研环境。”刘强感慨,“而上科大本科生的科研能力也是让人惊讶的,我的师弟杨硕,在这次研究中同样发挥了重要的作用。这次成果顺利的发表给了我极大信心,相信我会在科研道路上越走越远。”

杨硕马上将在母校开始自己的研究生学习,他说,上科大确确实实给自己带来了极大的改变,现在很有信心面对即将到来的研究生生活。

新民晚报记者 郜阳

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