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我对高分子未来的想象
胡玉斌张俊琪尹杰肖宇斐
计算机学院
Contents
目录
拥有“生命”的智能高分子
形状记忆聚合物让时间倒流
医用高分子材料重塑人体器官
高分子复合材料实现以塑代钢
石墨烯合成电池突破电池技术瓶颈
橡胶般柔软的显示器再也不怕摔坏
Part One
拥有“生命”的智能高分子
01
Intelligent polymer
塑料
皮肤
纤维
仿生
可以按人们的需要时而变硬时而变软的塑料
智能纤维织物是指具备传感、控制和驱动3个基本要素, 能通过自身的感知进行信息处理, 发出指令, 并执行完成动作, 从而实现自身的检测、诊断、监控、校正、修复和适应等多种功能
用仿生学的原理,以细胞作为智能材料的蓝本,开发出向生物体的多重功能逼近、功能上接近甚至超过生物体组织的智能高分子材料
与传感器结合起来的高分子材料制造出与人体皮肤功能类似的机器人皮肤
Intelligent polymer
德国著名的化学康采思巴斯夫公司正在研制一种智能塑料,它可以按人们的需要时而变硬时而变软. 这种名为“施马蒂斯”的塑料是由这家公司的工程师舒勒发明的。他在烧杯中倒人一种乳白色流体,用一根金属棒搅拌,液体渐渐变稠,最后成为硬块,接着硬块又在顷刻之间变成液体。如果急速把金属棒从液体中抽出,那么液体就会象胶水一样把棒拉住,只有非常缓慢地提起,才能抽出金属棒。据舒勒说,造成这种现象的原理是,这种塑料的溶剂是水,其微小的颗粒排列整齐时呈液体状,受到干扰时就呈固体状。因而人们可通过各种外因来变换它的物理状态。这种塑料能自行消除外来的撞击,特别适合于车辆的缓冲器,用这种塑料制成的油箱即使被坦克压过也不会破裂)用于建房则抗震性能特强,如果在桥梁钢架上套上一层用这种塑料制成的微型管道网,其中储存有防锈剂,一旦钢架生锈,管道会自行熔解,释放出防锈剂。以此制成的胶囊丸服用后,可到体内指定部位才释放出药物。
1-1 智能塑料
被称作柔性电子领域的突破之举,来自新加坡国立大学的研究人员研发出了一种“智能”塑料,在数据存储和处理能力方面拥有前所未有的优越性能。而且这种PET材料柔性足够弯曲成管状,且不会损坏内部植入电子。新加坡国立大学的研究人员和多方学术机构合作,共同成功植入一款强大的PET材质磁性记忆芯片,这种技术可让显示设备的隧道电阻效应高达300%,柔性电子在不久未来会成为常态,所有的新电子元件应该和柔性电子兼容。
1-2 智能塑料
1-3 智能塑料
Intelligent polymer
Intelligent polymer
把高分子材料和传感器结合起来,已成为智能材料的一个新的特点。意大利在研制有“感觉”功能的“智能皮肤”,已处于世界领先地位。1994年,意大利比萨大学工程专家德·罗西根据人类皮肤有表皮和真皮(外层和内层)组织的特点,为机器人制造了一种由外层和内层构成的人造皮肤,这种皮肤不仅富有弹性,厚度也和真的皮肤差不多,为了使人造皮肤能“感知”物体表面的质感细节,德·罗西的研究小组还研制了一种特殊的表皮,这种表皮由两层橡胶薄膜组成,然后在两层橡胶薄膜之间到处放置只有针尖大小的传感器,这些传感器是由压电陶瓷制成的,在受到压力时,就产生电压,受压越大,产生的电压也就越大。据报道,德·罗西制成的这种针尖大小的压电陶瓷传感器很灵敏,对纸张上凸起的斑点也能感觉到,铺上德·罗西研制的人造皮的机器人,可以灵敏地感觉到一片胶纸脱离时产生的拉力,或灵敏地感觉到一个加了润滑剂的发动机轴承脱离时摩擦力突然变化的情况,迅速作出握紧反应。
1-4 智能皮肤
Intelligent polymer
1-6 智能纤维
乔治亚理工学院的研究人员已经成功开发出了一种新型的智能织物纤维,利用这种织物纤维就可以制成会发电的运动服。据乔治亚理工学院的纳米技术专家王中林介绍, 他们团队花了11年的努力才开发出这种纤维。他们在这种智能织物纤维中加入了太阳能板来收集光能,同时配合纳米发电机以及跑步者运动时产生的动能进行发电,最后将电能储存在细长的电容器中,从而对小型电子产品供电。
Intelligent polymer
智能是生物体所特有的现象,生物体的最大特点是对环境的适应。细胞是生物体的基础,可视为具有传感、处理和执行3 种功能的融合材料,人们可以用仿生学的原理,以细胞作为智能材料的蓝本,开发出向生物体的多重功能逼近、功能上接近甚至超过生物体组织的智能高分子材料
1-7 仿生高分子