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在玻璃水槽里，一朵“鲜花”徐徐绽放。它的三次花瓣逐一打开，先是外层的红色花瓣，然后是中间的淡紫色部分，最后，橙色的内层花瓣也舒展开。这朵几厘米大的“花蕾”共用了约2个小时完全舒展开自己的花瓣。
实验室里开放的“花朵”，右下角所示的是实际用时。视频来自：参考文献1。
不过当然，这并不是一朵真正的花，它诞生在材料学研究者的实验室里。除去额外的人工染色，这朵花蕾的真身其实是一片片白色的凝胶材料。在实验室里，它展示着自己的变形能力。
在过去，人们就已经开发出了各种各样的变形材料和形状记忆材料。比如说，那些加热之后就可以恢复原形的“形状记忆合金”。不过，要想让材料改变形状，一般还需要一些外界因素的引发，比如说温度变化。而这一次，研究者们研发的凝胶材料不需要借助 “外力”——它们在经过变形处理之后，可以暂时保持新形状，之后再自己完成形状恢复。
凝胶变形的秘密来自其中的两种键合作用：一个是牢固的共价键，另一个是更容易打破和重建的氢键作用。在这种凝胶材料里，共价键保障了基本的网络结构，并且提供了弹性，而氢键则提供了“临时塑形”的作用。在外力作用下变形之后，原本的氢键被破坏，在新的位置上生成了新的氢键，这些新生成的氢键可以暂时对抗回弹，而当它们“坚持不住”时，凝胶又会逐渐恢复原状。通过对凝胶网络中共价键和氢键的调整，还可以控制凝胶变形的时间。
共价交联（红色）与氢键（蓝色）结合，赋予了材料延迟回弹的性能。图片来自：参考文献1。
除此之外，研究者们还有一种简单但有效的方法进一步控制变形过程。他们在对凝胶进行变形处理时，会在空气中让凝胶表面稍加干燥，形成一层“脱水层”。这样可以进一步加固临时形成的形状，在变干的凝胶重新进入水环境之后，它们才会再开始恢复原状。
用这种材料制成的“小盒子”逐渐展开，研究者事先按顺序在每个折痕处进行了时间不等的处理。视频来自：参考文献1。
“当我第一次看到这朵花时，感觉相当惊讶。它看起来如此栩栩如生，”领导了这项研究的高分子化学教授谢尔盖·舍伊科（Sergei Sheiko）表示，“这是一片没有生命的材料。如果去掉颜料，它只是白色的聚合物而已。这就好像是我们给材料赋予了生命。”
在实验室里做出自动打开的小盒子与花朵显得很有趣，不过这种凝胶也不只是科学家的玩物。研究者希望，这样不借助外界引发就可以“变形”的材料能够用来研发新型的医疗植入物。（编辑：窗敲雨）
参考资料：
- http://www.nature.com/articles/ncomms12919
- https://www.theguardian.com/science/2016/sep/27/this-delicate-flower-was-created-in-a-lab-and-could-revolutionise-surgery
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发表于 2021-3-3 23:31:28
