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变形材料妙不可言

2017-08-28

大自然探索 2017年8期
关键词:酸碱度时钟形状

自然界的花朵盛开,美不胜收。因此,爱花的人们总是希望花朵能如期绽放。

而今,用变形材料制作的人造假花,也可以做到在你希望的时刻盛开。这是因为,用于制造花瓣的变形材料自带了一套类似生物钟的机制,可根据自身的节奏变形。于是,人造花朵也能如期绽放了。

变形材料的妙处就在于:它可以使物体改变形状,进而改变功能。

在医学上,由它们制造的医疗植入物目前正处于实验阶段,它可以在插入人体时保持折叠状态,并在达到内部后改变形状。但这就需要一个触发条件来启动这个过程,比如明暗度、温度或是酸碱度的变化。

在某些特定环境下,比如人体内或者宇宙空间中,外部触发往往达不到变形的条件,或是根本无效。这时,要想变形材料在特定时刻改变形状那就非常困难。

科學家制造了一种具有内部时钟的材料,这种材料可根据时间变化来实现变形。他们尝试用这种材料制作花瓣,做成花朵,这些花朵会在预定时间一一绽开。

科学家认为,这种变形材料的开发具有巨大的应用潜力,尤其是在生物医学工程方面。

为了开发变形材料,科学家调整了一种常规弹性聚合物的分子结构。这种聚合物分子间有一小部分的连接是定型的,从而使材料可以形成一种弹簧式的运动状态,在拉伸并释放时,又可以返回它的原始状态,恰如一条橡皮筋。由于聚合物的大部分结构是无定型的,是可以改变形状的,它们会随时间断开并重新连接。科学家关注的,就是要调整形状改变的速率,使他们可以在几小时的过程中控制材料如期变化。绝大多数连接会在瞬间断裂,所以他们的目标是延长它们的寿命。

尽管材料不需要外部触发就可以变形,但科学家发现,酸碱度和温度的调整可以对它们进行辅助控制,从而加快或是减慢变形的速度。

要使变形材料以恒定速度作出改变是比较容易的,但想要在某些特定的时间里减缓或是加快变形的速度,还得继续探索。科学家设想,最好的解决办法可能是给物体穿上一层额外的水溶性“皮肤”(胶囊)。根据想要达到的时间延迟来调整它的厚度。这样,当把它们投入水中时,系统就能获得一个额外的计时钟。这个设想很绝妙。

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