2023-06-08 16:16:55 来源：杭州网
(资料图)
硬度和弹性，在自然界中似乎是一对“矛盾体”，就像陶瓷和橡胶，本来是两种截然不同的物质。
然而，浙江大学化学系唐睿康教授、刘昭明研究员合作团队却将陶瓷和橡胶的特性融合到了同一种材料中。他们发明了一种叫做“弹性陶瓷塑料”的全新物质，既如同陶瓷一样坚硬，又和橡胶一样“可回弹”，还具备和塑料一样的可塑性，能够被循环加工。
北京时间6月8日，这项成果在线刊发在国际顶级期刊《自然》上。论文第一作者为浙江大学化学系博士生方威风，共同通讯作者为唐睿康和刘昭明。研究工作获得浙江大学慕昭博士，博士生何彦、孔康任，华东师范大学姜凯副研究员的支持。
据了解，“弹性陶瓷塑料”是一种全新的有机-无机杂化材料。目前，杂化材料在功能涂层、能源、生物医药等领域应用广泛。但此前，科学界制备杂化材料的方式主要是将有机物与无机物在毫米、微米或纳米尺度“混合”在一起，如果放到高倍显微镜下，仍能看到有机物和无机物“你归你，我归我”，是边界分明的存在。
刘昭明告诉记者，这意味着在一般杂化材料中，有机物和无机物的性能只能折中，不能兼有。比如，当我们想增加材料的硬度时，它的弹性势必会受到折损。
而 “弹性陶瓷塑料”从分子尺度上打破了有机物和无机物的隔阂，同时保留了类橡胶的弹性、形变能力，类陶瓷的强度和硬度。
团队通过冷冻电镜实验发现，分子内部特殊的结构给予了材料优异的性能——无机离子键网络和有机共价键网络交织穿插，形成了一个可以伸缩的骨架。在施加一定外力时，无机骨架可以提供硬度和强度；当外力很大发生弹性形变，骨架变形，产生缓冲作用；撤除外力后，有机骨架发挥回弹作用，使整个网络恢复原样。
这种全新的分子是如何制备出来的？唐睿康表示，有机物靠共价键连接，无机离子化合物通过离子键结合且不形成分子，要在一个分子里面实现有机物和无机物的合一，关键在于找到合适的媒介。
在2019年，唐睿康团队提出“无机离子寡聚体及其聚合反应”的新概念，找到了制备无机离子寡聚体分子的方法。这一次，课题组又将有机化学中的“官能团化反应”这一合成理念引入到无机化学中，通过经典的酸碱反应，连接碱性离子盐与酸性有机分子，使得无机离子寡聚体分子官能团化，从而构成杂化分子，再“自下而上”形成宏观材料。
“‘弹性陶瓷塑料’既能够用在日常生活场景中，也能在生物医学领域，用于替代骨骼等受损的人体功能组织，还可以用于一些高精尖领域。” 刘昭明说，在本次研究中，他们用碳酸钙寡聚体和硫辛酸分子合成了杂化分子，未来沿着这条路径，还有望制作出更多功能不同的材料，开辟更广阔的应用空间。
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