剑桥大学发明“超级果冻”：咋碾都不碎，果冻中的诺基亚( 二 ) 小时候

这种聚合物中 80% 的成分都是水，比我们所吃的水果桂圆的含水量还要高 10% 左右，桂圆放到嘴里一咬就会破（成年人的咬合力在 50 Kg左右），而该研究中的聚合物，可以承受一辆汽车的重量（1200 Kg）。
可想而知，这种聚合物具有多大的承压能力及良好的压缩性能，而这么大的承压能力对于水凝胶材料来说是非常困难的；同时，集良好的弹性和强的抗压能力于同一种材料也是不可思议的。
不仅如此，该材料具有良好的循环压缩性，其在受到汽车的反复碾压也不会变形或者破碎。
对于该材料的机械特性，该文章第一作者 Zehuan Huang 博士表示， “为了制造具有我们想要的机械性能的材料，我们使用了一种慢解离、非共价的交联剂，将两个分子通过化学键连接在一起” 。更神奇的地方在于， “超级果冻”的承压能力还可以在一定范围内进行调节。
文章的共同作者 Jade McCune 博士表示“我们发现，通过简单地改变手铐内客体分子的化学结构，就可以很容易地控制材料的抗压强度” 。
这就像我们过年包饺子，如果饺子里包的是正常的馅儿，那饺子吃着又软又香；如果往饺子里加上硬币，指定能把你牙崩掉。同样的道理，除了抗压强度可调控外，这种材料的状态也是可调控的。
该团队为“手铐”选择了特定的客体分子，改变客体分子的分子结构可以使材料的动力学大大“减慢” ，最终材料的机械性能从橡胶到玻璃状都有变化。因此，这种具有极高压缩性和超高强度的凝胶类 SPNs 材料，是高性能软材料的一个重要的里程碑。
对此， Zehuan Huang 博士也表示， “据我们所知，这是第一次制造出这种材料。我们不只是在教科书中写下新的东西，我们正在高性能软材料领域开启新的篇章” 。
“果冻”变鞋底
随着科技的不断发展，高性能压力传感器在电子皮肤、可穿戴设备和软体机器人等研究领域具有重要的意义。但是迄今为止，大多数基于水凝胶的压力传感器的传感范围相对狭窄，仅限于400kPa以下较低的压力，这限制了其在高压传感中的应用。
为了突出该材料在生物电子领域的应用，研究人员制作了一个基于水凝胶的电容式压力传感器，并且将 SPNs 的表面做成半球形形结构以提高材料的灵敏度。
研究显示，这种半球形形结构的传感器可以承受高达 2.5 MPa（1 MPa=1000 kPa）的超高工作压力，同时显示出比平面压力传感器高 3~4 倍的灵敏度。
研究人员将该传感器放置在脚底，成功实现了对三种运动（行走、跳跃、站立）的实时监测。在实时监测过程中，人体分别进行了 10 s行走、跳跃和站立的动作。在每个动作中，研究人员观察到了一致的电容变化，而且该材料在每次形变之后，都可以完全自我恢复。
结合这些数据表明，该材料超高的压缩性能使得其在假肢、手臂的感应触摸、机器人皮肤等方面具有潜在的适用性。

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图｜基于 SPNs 的电容压力传感器监测的人体压缩运动。a.安装在 80 公斤人体脚上的穹顶结构压力传感器演示示意图，用于感知人体动作；b.行走、跳跃、站立三种人体运动的电容随时间变化实时监测图；e.半球形表面结构的电容式压力传感器的示意图；f.显示灵敏度的相对电容和压力图。