仿生纤维素纳米纤丝可以用电控制
材料科学喜欢将自然和生物的特殊属性作为模型。由美因茨约翰内斯古腾堡大学 (JGU) 的化学家 Andreas Walther 教授领导的研究小组成功地赋予材料一种仿生特性：只需按一下按钮，薄薄的硬纳米纸就会立即变得柔软和富有弹性。
“我们为这种材料配备了一种机制，这样强度和刚度就可以通过电气开关进行调节，”沃尔特解释说。一旦施加电流，纳米纸就会变软;当电流停止时，它重新获得力量。例如，从应用的角度来看，这种可切换性对于阻尼材料可能很有趣。这项工作还包括来自弗莱堡大学和由德国研究基金会 (DFG) 资助的生活、适应性和能源自主材料系统卓越集群 (livMatS) 的科学家，并发表在Nature Communications 上。
来自海底的灵感：机械开关具有保护功能
这个案例中基于自然的灵感来自海参。这些海洋生物有一种特殊的防御机制：当它们在海底栖息地受到捕食者的攻击时，海参可以适应并加强它们的组织，使它们柔软的外表立即变硬。“这是一种从根本上难以复制的适应性机械行为，”Andreas Walther 教授说。随着他们的工作现已发表，他的团队成功地模仿了基本原理，使用一种有吸引力的材料和同样有吸引力的开关机制，以一种改良的形式。
科学家们使用从树木细胞壁中提取和加工的纤维素纳米纤维。纳米原纤维甚至比标准纸中的微纤维还要细，形成一种完全透明、几乎像玻璃一样的纸。这种材料坚硬而坚固，对轻质结构很有吸引力。其特性甚至可与铝合金相媲美。在他们的工作中，研究团队将电力应用于这些基于纤维素纳米原纤维的纳米纸。通过特殊设计的分子变化，材料因此变得灵活。该过程是可逆的，可以通过开/关开关进行控制。
“这是非凡的。我们周围的所有材料都不是很容易变化，它们不容易从僵硬变为弹性，反之亦然。在这里，借助电力，我们可以以简单而优雅的方式做到这一点，”瓦尔特说. 因此，发展正在从经典的静态材料转向具有可自适应调整特性的材料。这与机械材料相关，因此可以使其更耐断裂，或者与自适应阻尼材料相关，例如在过载时可以从刚性转变为柔顺性。
针对具有自身能量存储的材料进行自主开/关切换
在分子水平上，该过程涉及通过施加电流加热材料，从而可逆地破坏交联点。材料软化与施加的电压相关，即电压越高，破坏的交联点越多，材料变得越软。Andreas Walther 教授对未来的展望也从电源开始：虽然目前需要电源来启动反应，但下一个目标是生产一种具有自身储能系统的材料，因此反应本质上是例如，一旦发生过载并且需要阻尼时，就会立即“内部”触发。“现在我们仍然需要自己拨动开关，但我们的梦想是让材料系统能够自己完成这项工作。”
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