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受人類骨骼啟發(fā) 科學家開發(fā)的新型材料可隨著振動而變得更加堅固

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據(jù)外媒New Atlas報道，無論是支撐公寓樓的結(jié)構(gòu)梁，還是支撐學?？茖W項目的一塊蘇格蘭膠帶，我們都習慣于材料隨著時間的推移而變?nèi)?，但芝加哥大學的一項新發(fā)明可能會改變這一情況。工程師們從我們的骨骼在一生中適應(yīng)其質(zhì)量和強度以支持不同負載的方式中獲得靈感，開發(fā)了一種新型凝膠，實際上可以隨著時間的推移而加強振動和壓力。

“其他每一種材料在振動時都會變得更弱，”領(lǐng)導研究團隊的Aaron Esser-Kahn說。“這是我們第一次逆轉(zhuǎn)了這一過程，表明一種材料可以通過機械振動來加強自身?！?/span>

雖然人類骨骼的適應(yīng)性為Esser-Kahn和他的團隊提供了部分靈感，但另一部分靈感來自于所謂的壓電效應(yīng)。這指的是能夠接受機械應(yīng)力和振動并將這種運動轉(zhuǎn)化為電荷的設(shè)備和材料。我們已經(jīng)看到這種技術(shù)如何被整合到鞋子、道路和筆記本電腦鍵盤中，但加州大學的團隊將這種特殊的應(yīng)用描述為第一種。

研究人員一開始的想法是，或許可以利用通過壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷來觸發(fā)材料內(nèi)部的反應(yīng)，從而提升材料的強度。于是他們開始用不同的化學成分進行實驗，努力生產(chǎn)出具有正確特性的凝膠。在經(jīng)過幾十種混合物的努力后，該團隊最終找到了一個“贏家”：由一種聚合物凝膠與所謂的硫醇烯反應(yīng)物和氧化鋅壓電顆粒的混合物組成。

這種材料可以通過振動進行強化，原因是顆?？梢詡鬟f能量并引發(fā)硫醇烯反應(yīng)，從而達到在材料中產(chǎn)生新交聯(lián)的效果。在測試中，研究小組將這種柔軟的凝膠變成了一種剛度接近骨骼內(nèi)部的材料，僅僅通過使其受到振動，其自身強度就達到了66倍。有趣的是，該材料在受到最大壓力的地方加強了更多。

“就像骨骼一樣，材料的強化程度與我們投入的力量完全一致。”Esser-Kahn說。