如果你的智能手表被摔到地上，或者受到很强的撞击，它很可能会坏掉。但现在，有研究人员开发了一种具有“自适应耐久性”的柔性材料，这意味着它在被击打或拉伸时会变得更强。这种材料还可以导电，是制造下一代可穿戴设备或个性化医疗传感器的理想材料。

研究人员在美国化学学会春季会议上发表他们的研究结果，这种新材料的灵感来自烹饪中常用的一种混合物——玉米淀粉浆。

“当我慢慢搅拌玉米淀粉和水时，勺子很容易移动，”华裔材料科学家、该项目的首席研究员王跃（Yue Wang，音译）解释道。“但如果我把勺子拿出来，然后再次把勺子插进浓稠的玉米淀粉浆，勺子就很难插进去了。”这种有助于使炖菜和酱汁变稠的浆料具有自适应的耐用性，根据施加的力从可塑性变为刚性。王的团队开始在固体导电材料中模拟这种特性。

许多导电材料，如金属，都是坚硬但易碎的。研究人员已经开发出了使用共轭聚合物制造柔软可弯曲版本的方法，共轭聚合物是一种长的、像意大利面条一样的导电分子。然而，大多数柔性聚合物在反复、快速或大的冲击下会断裂。因此，王在加州大学默塞德分校的团队开始选择合适的共轭聚合物组合，以创造一种耐用的材料，模仿玉米淀粉颗粒在水中的适应性行为。

最初，研究人员制作了四种聚合物的水溶液：长的意大利面条状聚合物（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）、较短的聚苯胺分子和一种高导电聚合物（3，4-亚乙基二氧噻吩）、聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的高导电性组合，然后将这些聚合物混合起来。在铺开一薄层混合物并干燥制成薄膜后，研究小组测试了这种有弹性材料的机械性能。

研究人员发现，它并没有在非常快速的撞击中破裂，而是变形或伸展。冲击越快，薄膜就越有弹性和韧性。令人惊讶的是，仅添加10%的PEDOT:PSS就提高了材料的导电性和适应性耐久性。王指出，这一结果出乎意料，因为就其本身而言，PEDOT和PSS在快速或高冲击下不会变得更强。

王实验室的博士后研究员吴迪在会上介绍了这项工作，他解释说，这四种聚合物，两种带正电荷，两种带有负电荷，像一大碗意大利面条和肉丸一样缠结在一起。

吴迪说：”因为带正电的分子疏水，它们会聚集成肉丸状的微观结构。”该团队的假设是，这种适应性行为来自于肉丸状结构吸收撞击的能量，并在撞击时变平，但不会完全分裂。

然而，吴迪想看看添加小分子如何创造出一种在快速拉伸或下落时更坚韧的复合材料。由于所有聚合物都带电荷，研究小组选择了带正电荷、负电荷或中性电荷的分子进行测试。然后，他们评估了添加剂如何改变聚合物的相互作用，并影响每种材料的适应性耐久性。

初步结果表明，由1，3-丙二胺制成的带正电荷的纳米颗粒是最好的添加剂，赋予了最具适应性的功能。吴迪说，这种添加剂削弱了形成“肉丸”的聚合物的相互作用，使它们在被击中时更容易推开和变形，并加强了紧密缠绕的“意大利面条串”。

在未来，该团队将转向证明他们的轻质导电材料的适用性。这种可能性包括软可穿戴设备，如智能手表的集成带和背面传感器，以及用于健康监测的柔性电子设备，如心血管传感器或连续血糖监测仪。

此外，该团队配制了一种用于3D打印的自适应材料的前一版本，并制作了一个团队成员手的复制品，展示了其融入个性化电子假肢的潜力。王认为，新的复合版本也应该与3D打印兼容，以制作任何想要的形状。

这种材料的适应性耐用性意味着，未来的生物传感器设备可以足够灵活，可以进行正常的人体运动，但如果不小心被碰撞或重击，可以抵抗损伤。


                                        
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