点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:“仿真肌肉”或打造现实版阿丽塔
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

“仿真肌肉”或打造现实版阿丽塔

来源:科技日报2021-02-25 09:33

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  1分钟

  即使在较大的应变变形或长时间拉伸的情况下,经过60℃的热修复,新型聚氨酯也能在一分钟内基本恢复到原始长度。

  ◎洪恒飞 记者 江 耘

  在科幻电影《阿丽塔:战斗天使》中,主角阿丽塔的全身由可拉伸电子器件组装而成,质地柔软且具备各种监测和感受功能。其关键组件弹性基体,能使电子器件在大幅度变形后不影响电学性能,同时实时传感外界刺激。此类可拉伸电子器件被学界视作未来仿真机器人以及人体假肢领域的重要组成部分。

  科技日报记者2月21日从中国科学院宁波材料技术与工程研究所获悉,该所朱锦研究员团队开发了一种兼备超强韧、热修复以及自愈合性能的新型聚氨酯(DA-PU)材料,适合用作可拉伸电子产品的弹性基体,确保电子器件在复杂环境下仍能稳定工作,为柔性电子器件的基体开发和应用提供了研究思路和新视角。相关研究论文发表于《先进功能材料》。

  历时两年合成,新材料兼具韧性和自愈合性能

  “作为柔性电子领域的新一代技术,可拉伸电子器件具备更加出色的变形和传感能力。”论文第一作者应邬彬副研究员介绍,整个可拉伸电子器件的力学性能由弹性基体来承载,且其质量占比高达80%以上。目前常用的聚合物弹性基体材料有聚氨酯、硅基橡胶、水凝胶以及苯乙烯基橡胶等。

  机械假肢、贴身动作监测器、各式可穿戴设备……由于可拉伸电子器件面对的应用环境复杂多样,人们希望高分子弹性基体在力学强韧的基础上,拥有人类皮肤的自愈合功能,从而提高可拉伸电子器件的耐用性和工作稳定性。

  目前,在世界范围内,已有科研团队成功开发了多种自愈合弹性基体,但是兼顾力学性能和自愈合性能仍旧是个业界难题。

  “如果弹性基体产生破裂或者完全撕裂,那整个电子器件将会直接失去作用,损失非常大。”应邬彬解释道,大部分弹性基体的分子链结构较为单一,进而限制了其功能单元的引入和自愈合功能的实现。同时,自愈合功能单元大多为动态键,对于普通的化学键来说键能较低,会降低原先分子链结构的结合强度和聚集形态,从而对力学性能产生不利影响。

  “我们选择具有可逆动态自组装功能的基团,将其导入聚氨酯中。”应邬彬介绍说,此类基团不仅能够进行自组装交换,还具有相对较强的结合力,这就是兼具韧性和自愈合性能的关键。

  “此外,拥有自组装效应的基团即使被外力分开,也能通过加热促使其快速运动,最终找到自己的‘另一半’进行再次组装,从而实现和肌肉一样的热修复。”据应邬彬介绍,团队从肌肉生理功能获得启发,历时两年合成了一种主链上电子供体和电子受体基团交替分布的聚氨酯,实现了分子链内和链间的供体与受体自组装,使其具有韧性以及自愈合性能。

  工艺难点尚存,产业化步伐亟须加快

  研究团队经过上百次的实验测得,新合成的聚氨酯具有高达1900%的断裂伸长率,以及强大的韧性。同时,此类聚氨酯还具有优异的自愈合性能,即使中间部分被完全切开,也能够逐渐实现自我修复,其力学性能还会随着时间的推移而增加,并最终恢复到原始韧性的97%。

  “即使在较大的应变变形或长时间拉伸的情况下,经过60℃的热修复,新型聚氨酯也能在一分钟内基本恢复到原始长度。”应邬彬介绍道,这一“仿真肌肉”的合成,为可拉伸电子器件提供了更多应用场景,例如需要大应变的贴身动作监测器、破损情况较多的户外运动监测器等。团队趁热打铁,历时半年制备出了一种可拉伸、自愈合的电容式传感器。

  谈及相关成果的产业化,应邬彬告诉记者,由于该基体的制备需要在惰性气体下进行,成本较高,目前只局限于实验室中的制备。

  应邬彬表示,从弹性基体到可拉伸电子器件的制备转化,已经在许多实验室里得以实现,但还存在诸多工艺难点,比如接口问题、程序设计难等,大多都是小规模的制备,因此可拉伸电子器件目前几乎没有成熟的商业产品出现。实现工业转化还需时间。

  “我们团队一直致力于高分子材料的研发和应用,无论在基础研究还是技术开发方面都有一定的积累,目前也在积极开发相关的产业化工艺。”应邬彬说,相信在不久的将来,人体假肢等领域将会率先出现以可拉伸电子器件为基础的产品,阿丽塔的手臂将成为现实。

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 山城重庆:山水之城 美丽之地

  • 山东:发展内河航运 畅通物流通道

独家策划

推荐阅读
日前,农业农村部发布非主要农作物品种登记撤销公告,撤销向日葵、黄瓜、甜瓜、油菜等问题品种312个,切实推进登记品种从严规范管理,持续营造激励创新、公平竞争的市场环境。
2024-04-25 10:36
英国牛津大学和美国麻省理工学院领导的一项新研究恢复了37亿年前的地球磁场记录,发现它与今天地球周围的磁场非常相似。
2024-04-25 10:34
“载人月球探测工程登月阶段任务经中央政府批准启动实施,总体目标是2030年前实现中国人登陆月球,目前各系统正按计划开展研制建设。神舟十七号航天员乘组在与神舟十八号航天员乘组完成在轨轮换后,计划于4月30日返回东风着陆场。
2024-04-25 10:32
国家卫健委24日发布的数据显示,2023年,我国居民健康素养水平达到29.7%,比2022年提高1.92个百分点,继续呈现稳步提升态势。 据了解,本次监测覆盖31个省(自治区、直辖市)的336个县(区)1008个乡镇(街道),对象为15岁至69岁的常住人口,共得到有效调查问卷73340份。
2024-04-25 10:30
中央气象台预计,24日夜间至26日白天,江南、华南等地雨势将再度加强,其中广东中部和西北部、广西东北部等地有大暴雨,局地伴有雷暴大风等强对流天气。
2024-04-25 10:28
日前,中国纤维质量监测中心发布2023年度新疆棉花生产加工过程质量状况监测结果。
2024-04-24 10:33
1998年,聂海胜成为我国首批航天员,先后执行过神舟六号、神舟十号、神舟十二号3次载人飞行任务。
2024-04-24 10:17
在北京航天飞行控制中心的统一调度下,酒泉卫星发射中心、西安卫星测控中心以及任务各测控站点实施联调联控,全面模拟发射准备、发射以及飞行过程中的各种技术状态和工作过程。
2024-04-24 10:16
1996年,我从技校毕业后,来到金川公司工作。当时总听师傅们讲,贵金属冶炼技术难以突破。提高我国铂族贵金属提炼的技术水平,对于守护国家安全极为必要。
2024-04-24 10:14
截至2023年底,我国大陆在运核电机组55台,总装机容量为57吉瓦,核准及在建核电机组36台,总装机容量为44吉瓦;全年核电发电量44万吉瓦时,占全国累计发电量近5%,相当于节约标煤1.3亿吨,减排二氧化碳3.5亿吨。
2024-04-24 10:05
截至2022年末,我国电动自行车社会保有量已达3.5亿辆。2023年,全国规模以上企业累计生产电动自行车4228万辆。
2024-04-23 04:00
22日是第55个世界地球日,今年的主题为“全球战塑”。国家发展和改革委员会宏观经济研究院经济体制与管理研究所当日发布的《废塑料化学循环综合性研究报告》显示,
2024-04-23 04:25
美国加州理工学院天文学家正在给黑洞做“计算机断层扫描”(CT)。超级计算机模拟显示,以吸积盘结构绕黑洞旋转的物质会在名为耀斑的高能事件中周期性喷发。
2024-04-23 10:03
4月25日至29日,以“创新:建设更加美好的世界”为主题的2024中关村论坛年会将在北京举办。
2024-04-23 10:02
最新数据显示,我国石油剩余技术可采储量38.5亿吨,天然气剩余技术可采储量66834.7亿立方米。
2024-04-23 10:01
在中国人民解放军海军成立75周年之际,全体海军将士初心如磐,正以崭新姿态阔步向前、逐梦海天,努力把人民海军全面建成世界一流海军。
2024-04-22 13:57
中央气象台预计,4月21日至22日,江南南部和东部、华南中东部和南部等地仍有强降水,局部地区有大暴雨并伴有雷暴大风或冰雹等强对流天气。
2024-04-22 10:03
苏州市吴江区文物保护管理所所长周春华介绍,在修缮古建筑时,文保团队也积极采用新技术。“通过保护促进利用,通过利用加强保护,让文物建筑活起来。
2024-04-22 10:02
21日,在2024年中国医学发展大会上,中国医学科学院发布了《中国21世纪重要医学成就》,“创建蛋白质组学体系”“基于髓系白血病发病机制发现新的白血病生物分子标志和药物靶标”“揭示非经典细胞焦亡的分子机制及鉴定有关蛋白家族成员”等三项成就入选。
2024-04-22 09:59
近日生态环境部会同农业农村部制定并发布国家生态环境标准《生态环境损害鉴定评估技术指南 生态系统 第1部分:农田生态系统》。
2024-04-22 09:58
加载更多