創(chuàng)新暢想

南開大學(xué)等研獲耐高溫抗極寒“太空海綿”

近日，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳永勝團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)萊斯大學(xué)，研獲了一種新型三維石墨烯材料。該材料有望成為航天裝備制造領(lǐng)域的“太空海綿”，可在4K(約-269℃)深低溫到1273K(約1000℃)高溫區(qū)間保持良好的穩(wěn)定性和高彈性。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

該材料由無(wú)序排列的單層石墨烯片通過(guò)共價(jià)鍵化學(xué)交聯(lián)而構(gòu)成，在低至液氦溫區(qū)的極端低溫條件下具有與室溫下相同的力學(xué)性能，包括高度可回復(fù)的超級(jí)彈性、不變的楊氏模量、近零泊松比以及出色的抗疲勞性能。通過(guò)自主搭建的力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)，研究人員精確、系統(tǒng)地測(cè)試了在4K～1273K(約-269℃～1000℃)溫度范圍內(nèi)三維石墨烯材料的各項(xiàng)力學(xué)性能。

此外，團(tuán)隊(duì)利用改造的掃描電子顯微鏡和原位變溫樣品臺(tái)，獲得了三維石墨烯材料在極端低溫和高溫條件下壓縮—回彈過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)的變形特征，并通過(guò)理論模型計(jì)算驗(yàn)證，闡明這一新型材料溫度不變性源于石墨烯特有的sp2雜化的二維碳原子平面晶體結(jié)構(gòu)。（來(lái)源：紡織科技雜志）

美國(guó)研發(fā)新型塑料：能像積木一樣拆解，可完全回收、反復(fù)利用

美國(guó)研究人員最新設(shè)計(jì)出一種可高效循環(huán)利用的塑料，能在分子水平上拆解成類似積木的“零件”，反復(fù)重新組合成外觀和質(zhì)地完全不同的產(chǎn)品。

美國(guó)能源部下屬勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室日前發(fā)布的新聞公報(bào)說(shuō)，這種新型塑料名為PDK（聚二酮烯胺），可以完全回收、反復(fù)利用。相關(guān)論文發(fā)表在新一期英國(guó)《自然·化學(xué)》雜志上。塑料是大量有機(jī)分子單體組成的聚合物。生產(chǎn)塑料制品時(shí)，往往需要添加其他物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的硬度、彈性、顏色等等。單體分子一旦與添加劑結(jié)合就很難分離，導(dǎo)致許多塑料制品難以分解成原料，回收價(jià)值很低。新型塑料PDK的特殊之處在于，只要浸泡在酸性較強(qiáng)的溶液中，單體分子與添加劑之間的化學(xué)鍵就容易被打斷，分離出原始狀態(tài)的單體材料，再次用于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)“閉環(huán)”利用。這類似于金屬熔化、與雜質(zhì)分離后，可重新鑄造成任意產(chǎn)品。

目前廢棄塑料制品回收率較低，大部分作為垃圾被填埋或焚燒，甚至直接進(jìn)入自然環(huán)境。研究人員計(jì)劃在PDK塑料的基礎(chǔ)上開發(fā)出不同性質(zhì)的產(chǎn)品，廣泛用于紡織、3D打印、泡沫塑料等多個(gè)領(lǐng)域，取代無(wú)法回收的現(xiàn)有塑料，大幅減少對(duì)環(huán)境的破壞。（來(lái)源：澎湃新聞）

國(guó)外推出的“智能”睡衣

美國(guó)研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種嵌入自供電傳感器的睡衣，這種睡衣可以在不影響使用者睡眠的情況下連續(xù)監(jiān)測(cè)心跳、呼吸和睡眠姿勢(shì)等影響睡眠質(zhì)量的因素，為普通人以及臨床醫(yī)生提供有用的信息，幫助他們改善睡眠模式。

研究人員在2019年春季美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)(ACS)全國(guó)會(huì)議暨博覽會(huì)上展示了他們的研究成果?！拔覀兊闹悄芩鹿タ肆嗽S多技術(shù)難點(diǎn)，”領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)的Andrew博士說(shuō)，“我們將傳感元件和便攜式電源整合到日常服裝中，同時(shí)保持了服裝的手感、舒適度、功能性和耐用性。作為一件貼身的衣物，我們不能讓電子元件影響使用者的睡眠?！?/p>

該智能睡衣的關(guān)鍵技術(shù)是一個(gè)氣相沉積反應(yīng)過(guò)程。Andrew博士表示：“這種方法是合成一種聚合物，同時(shí)將其直接沉積在織物上，形成各種電子元件，最終形成集成傳感器。與大多數(shù)電子可穿戴設(shè)備不同的是，蒸汽沉積的電子聚合物薄膜具有良好的耐洗以及耐磨性能，并且能夠承受機(jī)械要求很高的紡織加工過(guò)程?！?/p>

該智能睡衣被命名為“Phyjama”，它包含5個(gè)帶有傳感器的紡織品貼片，這些貼片由鍍銀尼龍線相互連接起來(lái)。從貼片中收集的信號(hào)被發(fā)送到一個(gè)小型電路板，其外觀和功能類似于普通的睡衣紐扣。該紐扣具有內(nèi)置藍(lán)牙發(fā)射器，可將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。貼片中的傳感器分兩種類型，其中4個(gè)是壓電式的，它們能檢測(cè)到恒定的壓力，比如身體對(duì)床的壓力。另一種是摩擦式的，它位于胸部位置，可檢測(cè)到壓力的快速變化，提供穿著者的心率和呼吸等信息。

Andrew的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在志愿者身上測(cè)試了這種智能睡衣，并獨(dú)立驗(yàn)證了傳感器的讀數(shù)。他們還申請(qǐng)了Phyjama的專利，該產(chǎn)品預(yù)計(jì)會(huì)在兩年內(nèi)上市。（來(lái)源：紡織導(dǎo)報(bào)）

東華大學(xué)游正偉教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出可自我修復(fù)的多功能防護(hù)材料

近日，東華大學(xué)纖維材料改性重點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室游正偉教授團(tuán)隊(duì)在多功能防護(hù)材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以《兼具多重防護(hù)性能的仿生材料》（Biomimeticmaterials with multiple protective functionalities, DOI：10.1002/adfm.201901058）為題，發(fā)表于材料學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）。

材料在使用過(guò)程中，時(shí)常受到外力拉伸/壓縮、摩擦、剮擦或穿刺等機(jī)械傷害，嚴(yán)重影響其使用壽命，甚至散失功能，帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。自然界為人們提高材料抵抗外界傷害能力提供了重要啟迪，很多生物組織具有強(qiáng)韌、力學(xué)梯度、自修復(fù)、熒光等防護(hù)性能，使其能夠在惡劣環(huán)境中生存。由于這些防護(hù)性能相互獨(dú)立，通常由不同化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)，因此現(xiàn)有的防護(hù)材料構(gòu)造技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的防護(hù)性能一般比較單一，大大限制了材料的綜合防護(hù)性能和應(yīng)用范圍。

游正偉教授團(tuán)隊(duì)據(jù)此提出了利用多反應(yīng)性基團(tuán)在一個(gè)材料里構(gòu)筑多重防護(hù)性能的新思路，將具有室溫可逆動(dòng)態(tài)裂解、金屬配位、光解等多重反應(yīng)性的丁二酮肟氨酯基團(tuán)引入到聚氨酯材料中，相應(yīng)地獲得了同時(shí)具有強(qiáng)韌、力學(xué)梯度、室溫自發(fā)自修復(fù)、熒光性能多合一防護(hù)材料?；谏鲜霾牧希芯繄F(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一張超級(jí)防護(hù)膜，該膜展現(xiàn)出了快速的表面劃痕自修復(fù)能力、優(yōu)異的抵抗牙簽等尖銳物體穿刺的能力、熒光防偽性能，以及對(duì)塑料的無(wú)縫貼合能力，該膜潛在應(yīng)用于電腦、手機(jī)、證書等貴重物品的防護(hù)。該研究工作初步展現(xiàn)了聚肟氨酯的多重反應(yīng)性、優(yōu)異的性能和潛在的應(yīng)用，其還可以進(jìn)一步深入、衍生，獲得一系列新穎的材料。

同時(shí)值得一提的是，本工作涉及的核心原料（丁二酮肟、異氰酸酯）為廉價(jià)易得的工業(yè)品，可以通過(guò)簡(jiǎn)便的一步法構(gòu)建聚氨酯材料，也可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)引入到其他材料中，研制一系列功能材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。該工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金及學(xué)校勵(lì)志計(jì)劃等項(xiàng)目資助。（來(lái)源：東華大學(xué)）