踩不碎的“超級果凍”

劉際璇

果凍，大家都不陌生，超市貨架上五顏六色、形狀各異的果凍總是吸引著小伙伴的眼球。那QQ彈彈、一咬即碎的果凍，成了大家童年記憶里重要的一部分。不久前，《自然·材料》雜志宣布劍橋大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)出了一種“超級果凍”。遺憾的是，科學(xué)家說的這種“超級果凍”不能吃。

果凍是一種水凝膠。凝膠材料在生活中隨處可見，仙草凍、珍珠奶茶里的珍珠是水凝膠，甚至人們佩戴的隱形眼鏡、發(fā)燒時用的退燒貼等也都是凝膠材料做的?！俺壒麅觥币彩且环N水凝膠，但它堅韌無比，即使被汽車碾壓也能完好無損。更神奇的是，被碾壓后的“超級果凍”還能在短時間內(nèi)恢復(fù)原本的形狀。當(dāng)然，能讓水凝膠變成無比堅韌的“超級果凍”的秘訣，肯定不是制作普通果凍的果凍粉。

“超級果凍”用的是一種名為葫蘆脲的物質(zhì)。葫蘆脲又稱瓜環(huán)，是一種交聯(lián)分子，具有較高的剛性和特殊的結(jié)構(gòu)，形狀似葫蘆，兩端有開口空腔，其空腔中可以容納兩個客體分子，就像分子“手銬”一樣?？腕w分子在空腔停留的時間比正常情況下更長，使得聚合物網(wǎng)絡(luò)能夠保持更緊密的連接，也就能夠承受更強(qiáng)的壓力。

研究團(tuán)隊在實驗中發(fā)現(xiàn)，葫蘆脲能結(jié)合的客體有多種，將它放入不同的客體，就會形成不同的水凝膠，如可拉伸的水凝膠、能迅速自我修復(fù)的水凝膠等。而劍橋大學(xué)的研究人員給葫蘆脲選擇的第一客體是全氟苯基，第二客體則有多個候選（都是苯基的取代物）。研究人員發(fā)現(xiàn)，被選中的客體與主體葫蘆脲相遇后，發(fā)生了意想不到的驚喜：由此而形成的水凝膠，結(jié)構(gòu)變得更結(jié)實，更能抵御猛烈的壓縮，也就是“超級果凍”。

這樣制作形成的“超級果凍”足以承受高達(dá)1億帕斯卡的強(qiáng)壓。在這種情況下，“超級果凍”被壓縮了93%，薄到快要從照片里隱身的地步了，卻沒有發(fā)生斷裂。而且，當(dāng)重壓消失后，“超級果凍”能在2分鐘內(nèi)恢復(fù)到原來的形狀。要知道，1億帕斯卡強(qiáng)壓相當(dāng)于在人類小拇指指甲（1平方厘米）上，施加超過1000千克的重壓。通俗來說，就是大象一腳踩在一張郵票大小的“超級果凍”上，同時另外三只腳懸空，“超級果凍”也能安然無恙。大象踩不碎，那汽車呢？為了證實“超級果凍”的抗壓性，研究人員讓重達(dá)1200千克的汽車，用其中一只車輪壓在70毫米× 50毫米 × 6毫米的“超級果凍”上1分鐘不動，后又連續(xù)碾壓16次，結(jié)果“超級果凍”都恢復(fù)了原狀。

研究人員雖然制造出了可以承受壓力的“超級果凍”，但并沒有就此止步。他們用“超級果凍”做了一枚壓力傳感器。這枚傳感器不僅測量范圍寬廣，還十分靈敏，放在腳底可以實時區(qū)分站立、行走、跳躍這幾種動作。“超級果凍”這種能承受極大壓強(qiáng)而不斷裂的特性，讓人們發(fā)現(xiàn)了它更廣泛的用途。未來，它或許能成為人類軟骨受傷退化后的替換材料。

（王世全摘自《知識窗》2022年第2期 圖/槿喑）