這是一種“剛柔并濟”的新材料,有著陶瓷般的硬度、橡膠般的彈性和塑料般的可塑性——6月8日,浙江大學化學系唐睿康教授、劉昭明研究員團隊宣布合成出“彈性陶瓷塑料”。
(資料圖片僅供參考)
這塊透明的材料是塑料還是陶瓷?是浙大團隊制備的彈性陶瓷塑料。
8日,該項成果的論文《有機-無機/共價-離子雜化分子用于彈性陶瓷塑料的合成》以Article(學術論文)的形式在線刊發(fā)在《自然》期刊上。
澎湃新聞(www.thepaper.cn)從浙江大學了解到,“彈性陶瓷塑料”首次在分子級別實現有機化合物與無機離子化合物的結合,從而得到性質不同于以往材料的新物質。
在傳統認知中,無機化學和高分子化學領域中材料的制備方法完全不同,2019年,唐睿康團隊提出“無機離子寡聚體及其聚合反應”,打破了兩者界限。之后,課題組將有機化學中“官能團化反應”的合成理念融入無機合成化學,設計了一個無機離子寡聚體的官能團化反應,把有機功能分子引入“無機離子分子”,實現了具有有機片段和無機離子片段的雜化分子合成。
“篩選了很多化學反應后,我們最終選擇了無機化學中經典的酸堿反應——這種方法可以簡單快速地連接堿性離子鹽與酸性的有機分子,構成雜化分子。”劉昭明說。
研究團隊展示有機-無機/共價-離子雜化分子模型。
據介紹,在實驗室由雜化分子聚合而成的“彈性陶瓷塑料”是紐扣樣的黃色小塊體,在其分子中,無機離子鍵網絡和有機共價鍵網絡交織穿插,“你中有我,我中有你”,像可伸縮的骨架,既有無機物的屬性,又保留有機物的特點,兼具一定的硬度和彈性。施加一定的外力時,無機骨架可以提供硬度和強度;當外力很大、發(fā)生彈性形變時,整個骨架變形,產生緩沖作用;撤除外力后,有機骨架發(fā)揮回彈作用,使網絡恢復原樣。
“這種有機共價鍵網絡和無機離子鍵網絡穿插的結構是以往沒有的,”唐睿康說,以往的有機物無機物融合是簡單疊加,好比把無機物粉末倒入有機物框架里攪拌均勻,如果層層細分,到了分子級別仍是“你歸你,我歸我”,只是兩者的混合,“這次實驗產生過去沒有的新分子,得到全新結構,打破了有機化合物和無機離子化合物在分子尺度的隔閡。”
浙大科學家將這個新物質的性能與陶瓷、橡膠、塑料、金屬等對比,其在硬度、回彈、強度、形變和可加工性上都得到了高分,既有大理石級別的硬度,又有橡膠的彈性以及塑料的可塑性,還有傳統塑料沒有的特性:加熱后不會軟化。
唐睿康表示,目前的成果有望應用在從基礎化學到材料科學等諸多領域,也給未來的研究留下了更多想象空間。
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