它的硬度和玻璃聚合物一样，但如果你施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂

研究人员发明了一种名为“玻璃凝胶”的新材料，尽管含有50%以上的液体，但这种材料非常坚硬，难以破碎。再加上玻璃凝胶易于生产的事实，这种材料有望用于各种应用

一篇描述这项工作的论文，题为“溶剂增韧的玻璃凝胶”，发表在《自然》杂志上。

凝胶和玻璃状聚合物是历史上被视为截然不同的两类材料。玻璃状聚合物坚硬、坚硬，往往易碎。它们被用来制造水瓶或飞机窗户之类的东西。凝胶——比如隐形眼镜——含有液体，柔软而有弹性。

“我们已经创造了一类我们称之为玻璃凝胶的材料，它和玻璃聚合物一样坚硬，但如果你施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不是断裂，”迈克尔·迪基说，他是这项工作的通讯作者，也是北卡罗莱纳州立大学卡米尔和亨利·德雷福斯化学和生物分子工程教授。“更重要的是，一旦材料被拉伸，你可以通过加热让它恢复到原来的形状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘性，这对于硬材料来说是不寻常的。”

“区分玻璃凝胶的一个关键因素是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更有效地导电，”该论文的共同主要作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王梅香说。“考虑到它们拥有的独特特性的数量，我们乐观地认为这些材料将会有用。”

玻璃凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃聚合物和凝胶的一些最吸引人的特性的材料。为了制造它们，研究人员从玻璃聚合物的液体前体开始，将它们与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，“固化”材料。然后取出模具，留下玻璃状的凝胶。

“离子液体是一种溶剂，像水一样，但完全由离子组成，”迪基说。“通常情况下，当你向聚合物中添加溶剂时，溶剂会将聚合物链分开，使聚合物变得柔软和可拉伸。这就是为什么湿式隐形眼镜柔韧，而干式隐形眼镜则不然。在玻璃凝胶中，溶剂将聚合物中的分子链分开，使其像凝胶一样可拉伸。

“然而，溶剂中的离子被聚合物强烈吸引，这阻止了聚合物链的移动。链条无法移动，这就是为什么它是玻璃状的。最终的结果是，由于吸引力的作用，这种材料很硬，但由于额外的间距，它仍然能够拉伸。”

研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，尽管不是所有种类的聚合物都可以用来制造玻璃凝胶。

迪基说:“带电荷或极性的聚合物有望制成玻璃状凝胶，因为它们被离子液体吸引。”

在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶不会蒸发或变干，即使它们由50-60%的液体组成。

迪基说:“也许玻璃凝胶最有趣的特点是它们的粘合力。”“因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能推测是什么让它们如此粘稠。”

研究人员还认为，玻璃凝胶具有实际应用的前景，因为它们很容易制造。

迪基说:“制造玻璃状凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或3D打印来完成。”“大多数具有类似机械性能的塑料都需要制造商制造聚合物作为原料，然后将聚合物运输到另一个设施，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。

“我们很高兴看到玻璃凝胶的使用方式，并愿意与合作者合作，确定这些材料的应用。”