专栏名称: 高分子科学前沿
高分子界新媒体:海内外从事高分子行业及研究的小分子聚合起来
目录
相关文章推荐
51好读  ›  专栏  ›  高分子科学前沿

《先进材料》“泥菩萨”显灵?粘土也有响应性,还能变身机器人

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2017-04-27 16:35

正文

这是一个万物“智能化”的时代。

从航天飞机到家用电器,从AlphaGo到自动驾驶汽车,你都能看见智能化的影子,“智能”这个概念,如同春风一样,吹进了千家万户。

所以,作为诸多行业基础的材料行业,也在“智能化”的风口下,飞到了天上。迄今为止,人们已经发展了多种智能材料,包括合金、陶瓷、高分子、复合材料等,它们可以在光、热、电、磁等外部刺激下发生较大的物理、化学性质改变,具有响应性。虽然概念上都溜的飞起, 但是这类材料普遍不环保、造价昂贵、响应速度较慢,限制了它们的大规模使用。

最近,来自Indian Institute of Technology Guwahati的科学家Kalyan Raidongia的新研究打破这个局面, 他们发现 天然粘土经过简单处理后也可获得响应性 相关研究成果发表在 《Advanced Materials》

材料是“土”,但性能不土

粘土的最大优势在于它是自然界中最廉价易得且储量巨大的材料。研究者以典型的粘土蛭石(vermiculite)和蒙脱土(montmorillonite)为研究对象。首先将其进行简单的改性,通过蒙脱土分散液在水中回流的方式使得剥离层重新组装,这一过程中发生离子交换,将夹层平衡阳离子经过三次离子交换换为Ba 2+ ,类似地,将蛭石中的离子交换为Li + 。经过处理后的悬浊液均可以吸滤得到薄膜材料。

▲ 图abc: 蒙脱土经过吸滤得到薄膜以及相应的XRD表征结果 ;图def:蛭石经过吸滤得到薄膜以及相应的XRD表征结果

如果连续的吸滤两种粘土悬浊液,则可以得到两种粘土“粘在”一起的复合材料 ,上下两面分别为两种粘土薄膜,研究者称之为粘土-粘土双层膜(CCBM)。虽然在相应的制造原料在水中可分散,但CCBM不可被水重新分散,使它可以成为对水稳定的材料。

▲ 图g:CCBM照片;图h:CCBM截面处的FESEM图像;图i:蒙脱土侧FESEM图像;图j:蛭石侧FESEM图像

CCBM首先具有甲醇蒸汽响应性 并且进一步的实验证明,对其他多种有机溶剂乙酸乙酯、THF等具有类似的响应性。在几秒内就可以发生迅速的形变,其响应速度着实优越。


▲ 将卷曲形状的CCBM置于一杯甲醇的上方,迅速发生形变

利用这种蒸汽响应性甚至可以设计一个搬运物体的“机器人”。见下图。换言之,利用外部刺激源的改变可以将材料产生力输出。

CCBM对于湿度和温度变化同样可以产生较大的形变响应。







请到「今天看啥」查看全文