新开发的分子可使聚合物更像金属 从而提高耐久性

由于成本低、密度小、具有良好的热绝缘性和电绝缘性以及较强的耐腐蚀性，日常生活中使用的几乎所有物品中都有聚合物的身影。然而，持续暴露在冷热环境中会导致包括聚合物在内的材料膨胀和收缩，最终导致老化。

不同材料的膨胀和收缩率不同，例如金属和陶瓷的收缩率就比聚合物小。美国桑迪亚国家实验室的研究人员改造了一种分子，将其添加到聚合物中后，可以增加材料的耐久性，使其更像金属。

领导研究小组的材料科学家埃里卡-雷德莱恩说："这是一种独特的分子，当你加热它时，它不但不会膨胀，反而会通过改变形状而收缩。当它被添加到聚合物中时，会使聚合物收缩较小，达到与金属相似的膨胀和收缩值。有一种分子的行为与金属相似，这是非常了不起的。"

开发这种改变游戏规则的分子（研究人员尚未命名）的想法源于桑迪亚客户对智能手机易碎性的抱怨，智能手机由各种材料制成，它们对冷热的反应各不相同。

"以手机为例，它有一个塑料外壳和一个玻璃屏幕，外壳内部是构成电路的金属和陶瓷，"Redline 说。"这些材料都是用螺丝、胶水或某种方式粘合在一起的，它们会以不同的速度膨胀和收缩，相互之间产生应力，随着时间的推移会导致它们开裂或翘曲。"

研究人员表示，这种分子可能会彻底改变聚合物的应用方式，包括电子产品、通信系统、太阳能电池板、汽车零部件、电路板、航空航天设计、国防系统和地板等。

桑迪亚化学工程师杰森-杜格（Jason Dugger）说："这种分子不仅解决了当前的问题，还为未来更多的创新开辟了设计空间。"

他们说，这种分子的一个好处是，在 3D 打印过程中，可以按不同比例将其引入聚合物的不同部分。

杜格说："我们可以在一个区域打印出具有特定热行为的结构，而在另一个区域打印出具有其他热行为的结构，以匹配物品不同部分的材料。此外，它还有助于通过消除重填料来减轻材料的重量。通常情况下，碳酸钙、硅石、粘土、高岭土和碳等矿物质会被添加为填料，使聚合物更容易成型，并确保稳定性。这将使我们能够做得更轻，以节省质量。例如，在发射卫星时，这一点尤为重要。我们能节省的每一克都是巨大的。"

到目前为止，研究人员只制造出了少量的分子，但他们正在研究扩大生产规模的方法。目前，生产 0.2 至 0.3 盎司（7 至 10 克）的产品需要大约 10 天的时间。

负责创造这种分子的有机化学家查德-斯泰格（Chad Staiger）说："不幸的是，这种分子的合成过程很长。更多的步骤意味着更多的时间和金钱。在制药等价值较高的材料中，通常需要五到六个步骤的合成。在聚合物领域，越便宜越有利于大规模应用。"

尽管如此，研究人员仍然对这种分子的潜在用途持乐观态度。

研究小组成员埃里克-纳格尔（Eric Nagel）说："目前还没有类似的东西。我对这项技术的可能性以及与之相关的应用感到非常兴奋"。