硬度堪比大理石 全新材料“弹性陶瓷塑料”问世
2023-06-08 19:33:04 来源: 科技日报 作者: 洪恒飞 吴雅兰 柯溢能 江耘
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洪恒飞 吴雅兰 柯溢能 科技日报记者 江耘
8日，记者从浙江大学获悉，该校化学系唐睿康教授、刘昭明研究员合作团队将有机化合物与无机离子化合物在分子尺度融合，发明了新物质“弹性陶瓷塑料”，使其兼具硬度与弹性，同时像塑料那样拥有可塑性，还能被循环加工。相关论文发表于国际期刊《自然》。
具有双连续网络的“弹性陶瓷塑料”概念图
“此前，通过混合有机物与无机物实现兼有两类物质性能的复合材料时有出现。”唐睿康介绍，好比把无机物粉末倒入有机物的框架里，再搅拌均匀，但在分子尺度上，二者仍然是相对独立的存在。
课题组此次通过融合有机化学中的官能团化反应到无机化学中，设计出一种同时含有有机和无机离子片段的杂化分子，再将分子组装得到共价键和离子键的互穿网络结构，使材料兼具有机化合物和无机离子化合物的性质。
“弹性陶瓷塑料”样品
“在筛选了很多化学反应后，我们最终选择了无机化学中经典的酸碱反应。简单快速地连接碱性离子盐与酸性的有机分子，从而构成杂化分子。”刘昭明说，再采用类似热压的工艺，就可以从杂化分子“自下而上”地形成宏观材料。以课题组制备的纽扣状黄色小块样品为例，仅从实验室阶段来说，制备成本低于常规的塑料。
“在这个分子中，无机离子键网络和有机共价键网络交织穿插在一起，这种相互穿插的结构是以往没有的。”唐睿康表示，其中有机物和无机物的化学比例大约各占一半，在宏观上就是兼具橡胶与陶瓷特性的“弹性陶瓷塑料”。
“弹性陶瓷塑料”与其他材料的五项性能对比
科研人员将“弹性陶瓷塑料”的性能与常规的陶瓷、橡胶、塑料、金属作对比，发现它不仅有大理石的硬度，而且加热后不会软化，在硬度、回弹、强度、形变和可加工性等几个指标上，都得到了高分。
谈及这一新物质的应用，唐睿康表示，具备多种材料的特性，使得它在诸多领域有了发挥空间，比如陶瓷材质的工具替代、生命健康领域的骨骼材料、户外运动使用的护甲等，有待于具体的产学研合作加以开发。
（科研人员供图）
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