在海上漂流，在空间站上被隔离，或被困在战区，试图建造新东西或修补维修的工程师往往受到手头材料的限制。但是，如果他们有一种单一的聚合物，可以哄骗成任何东西，从橡皮筋状的材料或愚蠢的腻子球到柔性塑料片或坚硬的模制设备，那会怎样？
芝加哥大学普利兹克分子工程学院的研究人员现在已经开发出这种材料，他们称之为“多能塑料”。就像可以在人体内产生任何类型的成体细胞的多能干细胞一样，它们在 《科学》杂志上描述的塑料可以呈现出许多最终形式。
“我们相信，这是合成材料表现出多能行为的第一个例子，”Barry L. MacLean分子工程创新与企业教授Stuart Rowan说，他是这项新工作的资深作者。“我们相信，它为材料设计的不同思维方式铺平了道路。”
双面塑料
为了开发这种新材料，Rowan与PME助理教授Shrayesh Patel，研究生Nicholas Boynton以及阿贡国家实验室，美国陆军研究实验室，NASA和国家标准与技术研究所（NIST）的同事合作。
多能材料由含有“动态共价键”的聚合物组成，这些聚合物可以可逆地断裂和重新形成。仅将材料加热到低温（约140华氏度或60°C）可以形成更多的键，从而在室温下产生坚硬、高强度的材料。这些可用于制作塑料器皿等。
然而，加热到更高的温度（约 230°F/110°C）会导致形成的粘合更少，进而产生更柔软、可延展的材料，例如可用作压敏粘合剂。
“我们对能获得这么多不同的机械性能感到惊讶，”Boynton说。“从这种单一的原料材料中，我们可以将其变成一种坚硬的高强度材料，或者像橡皮筋一样非常柔韧的东西。
通过在两个极端之间调节温度，研究人员表明他们可以微调材料的特性，赋予它们多种特性和功能。
此外，所得材料虽然在室温下稳定，但在不同的温度下可以再次回火，以进入新的不同状态。
“如果你要在月球或火星上生活，你不能随身携带一堆材料，而且你没有亚马逊Prime运输，所以如果你有这种材料，你可以变成一堆不同的东西，那就太好了，”博因顿说。
除了在资源匮乏的环境中（如月球或火星）中用作按需再利用材料外，这项工作还为塑料回收的不同方法打开了大门（无需分离我们今天使用的不同塑料）。
该团队现在正在研究如何提高其多能材料中可以注入的机械性能范围，目标是创造材料来取代当前的塑料以及具有新功能特性的材料。
“我们希望重新构建我们对设计材料的思考方式，”Rowan 说。“与其为一种应用设计一种材料，不如让我们把它颠倒过来，看看我们是否可以制造出一种可以区分为对许多应用有用的材料。”
引文：“通过动态共价聚合物网络的回火获得多能材料。Boynton 等人，《科学》，2024 年 2 月 1 日。DOI： 10.1126/science.adi5009
资助： 美国国家科学基金会、美国国家科学基金会材料研究科学与工程中心（MRSEC）、美国宇航局空间技术研究生研究机会、陆军研究实验室、NIST分层材料设计中心
——改编自普利兹克分子工程学院发表的一篇文章。
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://news.uchicago.edu/story/uchicago-scientists-develop-plastic-can-be-re-formed-needed