具有高延展性、自我修復、形狀記憶且零廢棄物之新材料

 

刊登日期:2023/8/31
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日本熊本大學發表了一項研究成果,將單寧酸(TA)與超高分子量聚乙二醇(PEO)在水中混合後,可獲得如同橡膠般伸展的凝膠(TaPeO Gel)。且TaPeO凝膠在含水分狀態下可以充分拉伸,而在乾燥後則可形成塑膠狀的材料。研究團隊在國外論文中發現TA與聚乙二醇(PEG)在水中混合即可形成凝膠的研究成果,並利用超高分子量PEG(PEO)(分子量50萬)進行了試作。結果顯示,當TA與PEO在水中混合的瞬間,獲得了與研究報告中TA/PEG凝膠完全不同性質的橡膠狀凝膠。
 
研究團隊將此凝膠命名為「TaPeO Gel」,並發現「TaPeO Gel」具有非常獨特的特性。「TaPeO Gel」係藉由TA水溶液與PEO水溶液混合,並將塊狀物予以回收後取得。塊狀物經過壓縮成型並進行拉伸測試,發現「TaPeO Gel」相較於在一定條件下製備的明膠凝膠(Gelatin Gel)、瓊脂糖凝膠(Agarose Gel)、丙烯醯胺凝膠(Acrylamide Gel)更為強韌,可以拉伸至原始長度的1000%。此外,將「TaPeO Gel」切斷並讓切割表面彼此接觸後則可重新再接著。
 
研究團隊也藉由乾燥製作出乾燥「TaPeO Gel」,並發現乾燥「TaPeO Gel」如同塑膠般堅硬且輕量,即使施加500克的負載也未出現破斷。一般塑膠破裂後即無法恢復至原有狀態,而乾燥「TaPeO Gel」即使出現破斷亦只須將破斷表面浸入熱水中並使其接觸,即可恢復至破斷表面不再可見的程度。乾燥「TaPeO Gel」具有自行修復能力,即使施加500g的負載,自行修復後的乾燥「TaPeO Gel」仍可維持形狀,並且具有與凝膠切斷前相同的強韌性。
 
乾燥「TaPeO Gel」本身堅硬、不會變形,但浸入熱水後會變形,在室溫下放置一段時間即可固定其形狀。由於在變形狀態下將其浸泡在熱水中可以恢復到原有形狀,故可知乾燥「TaPeO Gel」具有形狀記憶的能力。此外,TaPeO凝膠在製備過程中會產生不必要的上清液(懸浮液)。將上清液予以乾燥後,即可獲得具有滲透性的薄膜(TaPeO Film),並確認「TaPeO Film」擁有測試儀器無法測量之1500%以上的伸長率。研究團隊透過利用TA與超高分子量PEO,開發出具有良好伸長率、自修復能力、形狀記憶能力且不產生任何廢棄物的材料,今後可望適用於醫療材料等各領域。

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