来自麻省理工学院的工程师们已经开发出一种方法来制造合成的粘性水凝胶，其含水量超过90%。这种水凝胶是一种透明的、类似橡胶的材料，它粘附在物体表面的韧性堪比骨头上肌腱和软骨之间的粘合。
大自然已经想出了一些创新的方法来解决这一棘手的挑战:贻贝和藤壶将自己顽固地粘在悬崖表面、船体，甚至鲸鱼的皮肤上。同样，肌腱和软骨粘在骨头上具有难以置信的健壮性，赋予动物灵活性和敏捷性。
所有这些情况下的天然粘合剂都是水凝胶——一种由水和胶状材料混合而成的粘性物质，它能形成坚韧而持久的粘合剂。天富平台登录
现在，麻省理工学院的工程师们已经开发出一种方法，可以制造出含有90%以上水的合成粘性水凝胶。这种水凝胶是一种透明的、类似橡胶的材料，可以粘附在玻璃、硅、陶瓷、铝和钛等表面，其韧性堪比骨头上的肌腱和软骨之间的粘合
在实验中，为了证明它的坚固性，研究人员将一小块水凝胶放在两块玻璃板之间，然后他们将一个55磅重的物体悬挂在上面。他们还把水凝胶粘在硅片上，然后用锤子砸碎。当硅被打碎的时候，它的碎片仍然粘在原地。
这种耐久性使水凝胶成为在水下表面如船只和潜艇上涂保护层的理想候选材料。由于水凝胶具有生物相容性，它也可能适用于一系列与健康相关的应用，如用于植入体内的导管和传感器的生物医学涂层。
麻省理工学院机械工程系Robert N. Noyce职业发展副教授赵萱和说:“你可以想象这种非常坚固、粘连、柔软的材料的新应用。”例如，赵的团队目前正在探索水凝胶在软性机器人中的应用，这种材料可以作为合成肌腱和软骨，或用于灵活的关节。
“这是一种非常坚硬的粘合凝胶，主要成分是水，”机械工程研究生、该研究论文的主要作者Hyunwoo Yuk说。“基本上，它很难与水结合。”天富平台登录
赵和他的学生将在《自然材料》杂志上发表他们的研究结果。
我们来了解一下麻省理工学院的工程师们是如何开发出一种含有90%以上水的合成粘性水凝胶的。视频:Melanie Gonick/麻省理工学院(演示片段由Hyunwook Yuk提供)
一个有弹性的锚
赵发现，一种坚韧、柔韧的水凝胶要有强烈的化学键，需要两个特性:能量耗散和化学锚固。一种耗散能量的水凝胶本质上能够显著拉伸，而不保留所有用来拉伸它的能量。化学锚定的水凝胶通过共价键将其聚合物网络连接到表面上。
“化学锚固加上散体耗散会导致牢固的粘结，”赵说。“肌腱和软骨驾驭了这些，所以我们真的从大自然中学习了这个原理。”
在开发水凝胶的过程中，Yuk将水和耗散成分混合在一起，创造出一种有弹性的橡胶材料。然后，他把水凝胶放在不同的表面上，如铝、陶瓷、玻璃和钛，每一个表面都用功能硅烷修饰过，硅烷是在每个表面和水凝胶之间建立化学连接的分子。
然后，研究人员用一个标准的剥离测试测试了水凝胶的结合，在这个测试中，他们测量了从表面剥离水凝胶所需的力。平均而言，他们发现水凝胶的结合强度为每平方米1000焦耳——大约相当于骨头上的肌腱和软骨的强度。
赵小组将这些结果与现有的水凝胶、弹性体、组织粘合剂、纳米颗粒凝胶进行比较，发现新型水凝胶粘合剂含水量更高，粘接能力也强得多。
“我们基本上打破了水凝胶粘合韧性的世界纪录，这是受到自然的启发，”Yuk说。
粘性的机器人
除了用锤子和重物测试水凝胶的韧性外，赵和他的同事们还探索了它在机器人关节中的应用，用小的水凝胶球连接短管道来模拟机器人的四肢。
“水凝胶可以作为驱动器，”赵说。“与传统的铰链不同，你可以用这种软材料与刚性材料结合，它可以给机器人更多的自由度。”
研究人员还研究了它作为导电体的应用。约克和其他学生在水凝胶样品中加入盐，并将水凝胶连接到两块金属板上，通过电极连接到LED灯上。他们发现，水凝胶能够使盐离子在电子回路中流动，最终点亮LED。
Yuk补充道:“我们为水凝胶-金属混合导体创造了非常坚固的界面。
