要點:
中國浙江大學團隊成功發明了一種名為“彈性陶瓷塑料”的新型材料，突破性地將陶瓷的硬度、橡膠的彈性和塑料的可塑性結合在同一物質中，為材料科學和應用領域開辟了新方向。
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有着陶瓷般的硬度、橡膠般的彈性和塑料般的可塑性，在自然界中是一對“矛盾體”，想要一個物質同時擁有三種特性，似乎是天方夜譚。
去年，浙江大學化學系的唐睿康教授和劉昭明研究員團隊發明了一種新型材料，成功地將陶瓷的硬度、橡膠的彈性和塑料的可塑性結合在同一物質中。這種新材料被命名為“彈性陶瓷塑料”，并於2023年6月8日在“Nature”期刊在線發表。
這項突破性的發現解決了硬度和彈性之間的矛盾，使得這種新材料具備了陶瓷的強度和硬度，同時還能展現出聚合物的柔性、彈性和變形性。該成果獲得了學朮界的高度評價，這項發明不僅為材料科學帶來了新機遇，也為應用領域提供了新的可能性、開辟了新的方向。
兼具硬度與彈性的全新材料
這種新物質呈現為一顆黃色的小塊體，形狀像紐扣，表面平平無奇，但卻是一種全新的材料。這種突破認知的材料在分子層面上由有機共價網絡與無機離子網絡交織而成，其中有機物與無機物的比例大約各占一半，從宏觀角度看，它呈現出兼具橡膠和陶瓷特性的復合塑料。
實際上，這種新材料并非一蹴而就，它經過了漫長的“孕育”過程
在傳統的觀點中，無機化學與高分子化學的材料制備方法是截然不同的。然而，2019年，浙江大學化學系唐睿康團隊提出了“無機離子寡聚體及其聚合反應”的新概念，成功打破了這一界限。課題組開始探索能否像制造塑料一樣制備無機物，經過大量實驗，最終設計出了一種能夠將有機功能分子引入無機離子分子的官能團化反應。這一反應通過經典的酸堿反應，使堿性離子鹽與酸性有機分子結合，形成雜化分子，并通過聚合反應合成出宏觀材料，最終得到我們所看到的“黃色小紐扣”。此外，通過冷凍電鏡進行三維成像，課題組發現該物質具有全新的結搆。
在這個分子中，無機離子鍵網絡和有機共價鍵網絡交織穿插在一起，“你中有我，我中有你”。這個相互穿插的網絡就像一個可以伸縮的骨架，既有無機物的屬性又保留有機物的特點，所以兼具一定的硬度和彈性。
在施加一定的外力時，無機骨架可以提供硬度和強度。在外力很大發生彈性形變時，整個骨架變形產生緩沖作用。在撤除外力后，有機骨架發揮回彈作用，使整個網絡又能恢復原樣。這次實驗產生了過去沒有的全新分子，得到了全新的結搆，打破了傳統有機化合物和無機離子化合物在分子尺度的隔閡。
全能的“五邊形戰士”
化學作為一門創造新物質的學科，曆來推動着科技的進步與人類生活的變革。浙江大學的這一研究成果，正是通過科學家的不懈探索，成功突破了傳統材料的界限。通過將有機物和無機物的分子單元進行拼接，科研團隊創造出了全新的分子結搆，進而開啟了一個嶄新的物質世界。這一新型材料的獨特之處在於，它將有機共價鍵和無機離子鍵巧妙地交織在一起，形成了一個既具有有機物特性又擁有無機物優點的網絡結搆。
在分子層面上，這種新材料的有機和無機成分比例大致相等，形成了一種高度均衡的結搆，給材料帶來了極為特殊的性質。這種新型物質不僅打破了傳統材料的認知，還融合了有機化學和無機化學的優勢，創造出前所未有的特性。通過這種融合，材料在多種力學性質上都表現出色，從硬度、彈性到可塑性，都具備了優異的綜合性能。
與傳統的陶瓷、橡膠、塑料和金屬進行比較后，研究團隊發現，這種新材料在多個性能指標上均表現突出。它不僅具備了大理石般的硬度，甚至在強度方面超越了許多傳統材料，而且在回彈性和形變方面也遠勝其他同類材料。此外，它還具有塑料的可塑性，這使得它在各種加工環境下都能靈活應對各種需求。更令人驚嘆的是，它具有一個傳統塑料所沒有的特性：加熱后不會軟化，這使得其在高溫條件下也能保持穩定形態，適用於更多的應用場景。
因此，這種新型材料被研究團隊形容為一個“全能戰士”
它將不同材料的優勢融合在一起，成為一種具有多種功能的復合材料。正如唐睿康教授所言，“從新分子到新結搆，再到新材料，我們打開了一個新世界。”這一突破性的發現不僅在學朮界引起了廣泛關注，而且為未來的材料研究和應用提供了無限可能。
在此成果的推動下，相關領域的研究人員也對這項技朮表示高度贊賞。這一材料的研發將成為材料科學領域的一項重大進展，可能會為整個科學界帶來深遠的影響。新材料所展現出的多種優異性能，可能會為我們帶來更多前所未有的技朮創新和應用突破，推動各個領域向更高層次發展。
展望未來，唐睿康團隊認為，這種新型材料的應用前景十分廣泛，覆蓋了從基礎化學到材料科學等多個研究領域。隨着技朮的不斷進步和應用的深入，這種新材料有望在多個行業中產生深遠影響。
它不僅能夠在傳統材料中找到替代品，還可能推動一些高新技朮領域的發展，成為關鍵性材料之一。例如，在日常生活中，這種新材料可以被應用到陶瓷桌面上，提供更耐用的表面，抵抗刮痕和破損；它還可以用於手機折疊屏幕，增強抗摔性和耐用性，改善用戶體驗。此外，這種材料在生物醫學領域的應用潛力也極為巨大，可以用於醫用支架、骨骼植入物等設備，具有更好的生物兼容性和功能性。
更重要的是，在高精尖技朮領域，這種新材料的獨特特性使得它在航天、電子、能源等領域的潛在應用同樣值得關注。無論是用於制造更加堅固且輕便的航天器材料，還是在新型電子設備中發揮作用，或是在能源存儲設備中提升效率，這種材料都可能開辟出新的技朮路徑，為各行業提供更多創新解決方案。“彈性陶瓷塑料”的新型材料，突破性地將陶瓷的硬度、橡膠的彈性和塑料的可塑性結合在同一物質中，為材料科學和應用領域開辟了新方向。
