科学家研发了一种果冻状的新材料，它含水量为80%，但可以承受相当于一头大象踩在上面的作用力，并且能完全恢复为原来的形状。
遭受碾压后依然完好无损的新型柔性材料
该研究的第一作者、剑桥大学尤瑟夫·哈米德化学系（Yusuf Hamied Department of Chemistry）的Zehuan Huang博士表示：“为了制备具有我们想要的机械性能的材料，需要使用交联剂，这可以使两个分子通过化学键连接在一起。我们使用可逆的交联剂来制备柔软、有弹性的水凝胶，但要制备坚硬抗压的水凝胶非常困难的，而且设计具备上述性质的材料是完全反直觉的。”
Oren Scherman教授带领的研究团队使用名为葫芦脲（cucurbituril）的“桶形分子”来制备耐压的水凝胶。葫芦脲作为交联剂分子，能将两个客体分子固定在其空腔内，就像一个“分子手铐”。研究人员设计了可在葫芦脲分子腔内维持时间更久的客体分子，这样高分子材料网络就被紧密连接起来从而耐压。
葫芦脲的分子结构
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“该材料含水量达到了80%，你觉得它会像水气球一样破裂，但它不会。它十分稳定，且可以承受巨大的压力”，剑桥大学梅尔维尔聚合物合成实验室（Melville Laboratory for Polymer Synthesis）主任Scherman表示，“水凝胶有很多种类，彼此的性质千差万别。”
“水凝胶这种耐压性的原理是令人惊讶的，它不像我们之前看到过的任何一种水凝胶，”同样来自该化学系的Jade McCune博士（也是论文的共同作者之一）说，“我们也发现该材料的耐压强度可以通过简单改变“分子手铐”腔内客体分子的结构来实现。”
为了制造类似玻璃的水凝胶，研究团队选择了特定的客体分子放入“分子手铐”腔内。通过改变“分子手铐”腔内客体分子的结构，使得该类材料的动力学过程显著“减缓“，最终水凝胶的机械性能可以在橡胶状和玻璃状之间切换。
“人们花费了数年研究制备橡胶样的水凝胶，但在这个体系上只完成了一半，”Scherman称，“我们重新思考传统高分子物理的问题，并创造出一类新材料，该材料的特性覆盖了从橡胶状到玻璃状整个范围，这个体系得以补完。”
研究人员使用这种材料制作了水凝胶压力传感器，可以实时监测人体的运动，例如站立、行走和跳跃。
“据我们所知，这是首次制备出玻璃状的水凝胶的研究。我们不仅仅写出了令人激动的新的研究结果，同时也为高性能柔性材料领域打开了新的篇章，”Zehuan Huang博士表示。
来自Scherman实验室的研究人员目前正在与来自工程和材料领域的专家合作，进一步发展这些玻璃状材料在生物医学和生物电子学领域的应用。
IEEE Spectrum
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