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浙大科学家合成“弹性陶瓷塑料”:兼具陶瓷、橡胶、塑料特性

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这是一种“刚柔并济”的新材料,有着陶瓷般的硬度、橡胶般的弹性和塑料般的可塑性——6月8日,浙江大学化学系唐睿康教授、刘昭明研究员团队宣布合成出“弹性陶瓷塑料”。

这块透明的材料是塑料还是陶瓷?是浙大团队制备的弹性陶瓷塑料。

8日,该项成果的论文《有机-无机/共价-离子杂化分子用于弹性陶瓷塑料的合成》以Article(学术论文)的形式在线刊发在《自然》期刊上。

澎湃新闻(www.thepaper.cn)从浙江大学了解到,“弹性陶瓷塑料”首次在分子级别实现有机化合物与无机离子化合物的结合,从而得到性质不同于以往材料的新物质。

在传统认知中,无机化学和高分子化学领域中材料的制备方法完全不同,2019年,唐睿康团队提出“无机离子寡聚体及其聚合反应”,打破了两者界限。之后,课题组将有机化学中“官能团化反应”的合成理念融入无机合成化学,设计了一个无机离子寡聚体的官能团化反应,把有机功能分子引入“无机离子分子”,实现了具有有机片段和无机离子片段的杂化分子合成。

“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——这种方法可以简单快速地连接碱性离子盐与酸性的有机分子,构成杂化分子。”刘昭明说。

研究团队展示有机-无机/共价-离子杂化分子模型。

据介绍,在实验室由杂化分子聚合而成的“弹性陶瓷塑料”是纽扣样的黄色小块体,在其分子中,无机离子键网络和有机共价键网络交织穿插,“你中有我,我中有你”,像可伸缩的骨架,既有无机物的属性,又保留有机物的特点,兼具一定的硬度和弹性。施加一定的外力时,无机骨架可以提供硬度和强度;当外力很大、发生弹性形变时,整个骨架变形,产生缓冲作用;撤除外力后,有机骨架发挥回弹作用,使网络恢复原样。

“这种有机共价键网络和无机离子键网络穿插的结构是以往没有的,”唐睿康说,以往的有机物无机物融合是简单叠加,好比把无机物粉末倒入有机物框架里搅拌均匀,如果层层细分,到了分子级别仍是“你归你,我归我”,只是两者的混合,“这次实验产生过去没有的新分子,得到全新结构,打破了有机化合物和无机离子化合物在分子尺度的隔阂。”

浙大科学家将这个新物质的性能与陶瓷、橡胶、塑料、金属等对比,其在硬度、回弹、强度、形变和可加工性上都得到了高分,既有大理石级别的硬度,又有橡胶的弹性以及塑料的可塑性,还有传统塑料没有的特性:加热后不会软化。

唐睿康表示,目前的成果有望应用在从基础化学到材料科学等诸多领域,也给未来的研究留下了更多想象空间。

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