瓦赫寧根大學的團隊目前雖以化石原料為基礎,正著力開發更可持續的生物基版本復體聚合物。
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瓦赫寧根大學及研究中心的研究人員突破長期以來的材料理論,開發出一種全新的“復體聚合物”(compleximer)材料類別。這種琥珀色物質實現了此前被認為互斥的特性結合:既具備塑料般強韌的抗沖擊性,又像玻璃一樣易于重塑和吹制。
挑戰脆性定律
數十年來,材料科學界對“玻璃態”材料存在一條嚴格的經驗法則:材料熔融速度越慢、加工越容易,其脆性必然越高。然而,賈斯珀·范德古赫特教授及其團隊徹底打破了這一假設。他們發現的新材料熔融速度足夠慢,可進行精細塑形,同時具備足夠韌性——落地時能彈起而非碎裂。
分子“磁鐵”的物理學原理
突破關鍵在于材料在分子層面的結合方式。傳統塑料依賴化學交聯作為永久“膠水”固定長分子鏈,而復體聚合物利用物理吸引力。在新結構中,分子鏈一半帶正電荷,另一半帶負電荷,正負電荷如磁鐵般相互吸引,使分子鏈無需化學固定即可結合。
由于這種吸引力作用距離比傳統化學鍵更長,分子鏈間留有更多空間。這種分子層面的“呼吸空間”賦予了材料獨特性能:既能高溫揉捏吹塑,又能保持吸收沖擊的結構。與離子液體等帶電材料對比時,這一發現尤為令人驚訝,表明帶電物質可能呈現科學家剛剛開始探索的全新行為模式。
范德古赫特教授表示:“現階段最讓我興奮的是,帶電材料的表現可能完全顛覆我們的預期。”
“吹風機修復術”與可持續未來
這種“不可能”材料對消費品領域具有重要前景。由于分子鏈通過物理作用結合,材料具備自愈特性。若復體聚合物屋頂板或花園家具出現嚴重裂縫,僅需用吹風機加熱裂縫處并按壓,分子磁鐵即可重新結合。
化石塑料的綠色替代方案
盡管當前版本基于化石原料,瓦赫寧根團隊已著眼可持續發展。可持續塑料技術高級研究員沃特·波斯特強調,這項工作為塑料設計開辟了新方向——不僅更易修復,還可能實現快速生物降解。“多數應用研究聚焦回收改進,而這項工作開啟了塑料修復甚至快速生物降解的大門。”
范德古赫特教授表示,未來幾年將優先研發生物基版本,確保這一科學里程碑能推動全球向可持續材料轉型。
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