兰州化物所研发出“自修复”超弹性聚氨酯材料

　　从蜻蜓翅膀获得灵感

　　兰州化物所研发出“自修复”超弹性聚氨酯材料

　　【本报讯】近日，中国科学院兰州化学物理研究所的研究团队在一种叫作“弹性蛋白”的特殊蛋白质身上找到了灵感，研发出了一种新型聚氨酯材料。

　　我们常见的轮胎、密封件，甚至减震器，都离不开一种神奇的材料——聚氨酯。它既要有足够的强度，又要有良好的弹性，才能在各个产品中担任重任。然而，长期以来，聚氨酯材料面临一个两难的困境：想要更坚固，弹性就会降低；想要更弹性，强度又会不足。犹如鱼和熊掌，难以兼得。

　　问题出在哪里呢？研究人员发现，关键在于弹性恢复过程中的“熵罚”（“熵罚”是指物理或化学过程中因系统熵减少导致的不可逆能量损失或性能限制现象，主要影响材料弹性和生物分子折叠）。简单来说，就是材料在拉伸形变后，如果内部结构变化太大，就很难完全恢复原状，导致永久变形。传统的增强方法虽然能提升强度，但也会限制分子运动，增加“熵罚”，降低弹性。

　　兰州化物所的研究人员巧妙地借鉴了蜻蜓表皮中的节肢弹性蛋白结构，利用一种叫作“低熵罚策略”的方法，在聚氨酯材料中构建了一种特殊的微相分离结构。简单来说，就是在聚氨酯中，人为地创造了一些硬的部分和软的部分，并且控制好这些硬的部分的大小、间距和均匀程度，就像给聚氨酯材料穿上了一件软硬甲。这些硬的部分，通过一种叫作氢键和配位键的“魔法”，聚集在一起，就像一个个小小的支柱，提高了材料的强度。这些软的部分，则赋予材料优异的弹性，让它可以随意拉伸和变形。

　　更神奇的是，当材料受到拉伸时，“硬甲”会逐渐解体，而“软甲”则会发生结晶，就像一个此消彼长的平衡过程。当拉力消失后，结晶的“软甲”又会释放能量，帮助材料恢复原状。

　　这项研究突破了传统聚氨酯“强则脆，弹则弱”的难题，为高弹性聚氨酯材料的研发提供了新的方向，有望在高端工程领域，如轮胎、密封件、减震器等领域发挥重要作用。

　　兰州日报社全媒体记者 华静