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又弹又硬！新材料堪比“五边形”战士
本文转自：中国科学报
弹性陶瓷塑料概念图。课题组供图
本报讯（记者崔雪芹）硬度和弹性在自然界中是一对“矛盾体”，想要一个物质同时拥有两种特性，似乎是天方夜谭。浙江大学化学系教授唐睿康、研究员刘昭明团队则使这种想法变成了现实。他们将有机化合物与无机离子化合物在分子尺度融合，创造了一种新物质——弹性陶瓷塑料，实现了硬度与弹性在同一物质中“兼容”，同时还使其具有塑料的可塑性。日前，相关成果在线发表于《自然》。
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这一合成理念融入无机合成化学中，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中，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有机分子，从而构成杂化分子。我们以碳酸钙寡聚体和硫辛酸分子为例，通过离子片段的聚合和硫辛酸中二硫键的聚合反应，可以从杂化分子‘自下而上’地形成宏观材料。”刘昭明说。
由这个杂化分子聚合而成的宏观材料——纽扣大小的黄色小块体，就是最终的新物质。
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”，而非无机物和有机物简单地“手拉手”。这个交织穿插的网络就像可伸缩的骨架，既有无机物的属性，又保留有机物的特点，还兼具一定的硬度和弹性。在施加一定的外力时，无机骨架可以提供硬度和强度；在外力很大、发生弹性形变时，整个骨架变形，产生缓冲作用；在撤除外力后，有机骨架发挥回弹作用，使整个网络恢复原样。
唐睿康说，以往有机物和无机物的融合是两者简单叠加，到分子级别仍然是“你归你，我归我”。“我们这次实验产生了过去没有的全新分子，得到了全新结构，打破了有机化合物和无机化合物在分子尺度的隔阂，颠覆了以往的认知。”
研究人员将新物质的性能与陶瓷、橡胶、塑料、金属作对比，发现它在硬度、回弹、强度、形变和可加工性等指标上都达到了高分，既有大理石的硬度，又有橡胶的弹性，还有塑料的可塑性，且加热后不会软化。功能之强大，可谓是“五边形”战士。
唐睿康表示，目前的成果有望应用于基础化学、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。
审稿人和编辑认为：“论文报道了一种全新材料，具有陶瓷的强度和硬度，具有聚合物的变形性、柔性和弹性。这不仅会引起材料科学界的关注，而且会引发整个科学界的兴趣，因为新材料总能打开新的可能性。”
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快照生成时间：2023-06-15 07:45:13
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