卡内基梅隆大学开发出可拉伸聚合物复合材料，具有优异的电学和热学性能

6月4日消息，来自卡内基梅隆大学的聚合物化学家和工程师团队开发出可拉伸聚合物复合材料，其具有优异的电学和热学性能。这种材料有望成为软机器人、自我修复电子和医疗设备的候选材料。结果发表在5月20日的《Nature Nanotechnology》杂志上。在这项研究中，研究人员将基础科学与工程方面的专业知识相结合，设计出一种方法，即将常温铟化镓（EGaIn）（室温下呈液态的金属合金）均匀地结合到弹性体中，创造出一种新材料-可高度拉伸、柔软且多功能的复合材料，具有高水平的热稳定性和导电性。

Carmel Majidi是卡内基梅隆大学机械工程教授和软机械实验室主任，他开展了大量研究，开发可用于生物医学和其他应用的新型软质材料。作为这项研究的一部分，他开发了采用纳米级液态金属液滴的橡胶复合材料。这些材料有较大应用前景，但由于机械混合所制备的材料成分不均，因此性能并不可靠。

为了克服这个问题，Majidi转向卡内基梅隆高分子化学家和JC华纳大学自然科学教授Krzysztof Matyjaszewski，他于1994年开发了原子转移自由基聚合（ATRP）。ATRP是第一种也是最强大的可控聚合方法，将单体串联在一起可形成具有特定性能的高度定制的聚合物。

“新材料只有在可靠的情况下才有效。你需要知道，每次材料制成商业产品之前，你的材料都会以相同的方式工作，”Matyjaszewski说。 “ATRP已被证明是一种创造具有一致，可靠结构和独特性能的新材料的强大工具。”

Majidi、Matyjaszewski和材料科学与工程教授Michael R. Bockstaller使用ATRP将单体刷连接到EGaIn纳米液滴的表面。刷子能够连接在一起，形成与液滴的牢固结合。结果，液态金属均匀地分散在整个弹性体中，产生具有高弹性和高导热性的材料。

Matyjaszewski还指出，在聚合物枝接之后，EGaIn的结晶温度从15℃降低到-80℃，使液滴的液相保留至非常低的温度。

“我们现在可以将液态金属悬浮在几乎任何聚合物或共聚物中，以便调整其材料特性并提高其性能，”Majidi说。 “这在以前没有做过。它为未来的材料发现打开了大门。”

研究人员设想，这个过程可以用来将不同的聚合物与液态金属结合起来，通过控制液态金属的浓度，他们可以自由控制材料的性质。尽管可能的组合数量巨大，但研究人员认为，借助人工智能，他们的方法可用于设计具有定制特性的弹性体复合材料，这将产生一类新材料，可用于各种应用，包括软机器人、人造皮肤和生物兼容的医疗设备。

文章来源：新科学前沿