2016年4月19日
在实验室里进行的实验斯坦福大学化学工程教授鲍振安创造了一种超弹性材料。开始的时候，包的一名团队成员李成辉正在测试一种他刚刚合成的弹性体的弹性。
斯坦福大学的研究人员发明了一种新型的、极具延展性的聚合物薄膜，它可以在被刺穿时进行自我修复，这是一种具有潜在应用于人造肌肉的材料的重要特征。(图片来源:包研究集团)
通常，弹性体可以拉伸到其原始长度的两到三倍，并将恢复到其原始尺寸。标准应力测试包括拉伸弹性体至断裂点。然而，访问中国的学者李在测试新开发材料的一英寸样品时遇到了一个障碍。通常用于测量弹性的夹紧机只能将材料拉伸到45英寸左右。因此，为了检测他们的弹性体样品的断裂点，李和另一名队友用手拉伸材料，从末端拉动。他们能够将样品拉伸100英寸以上。
宝宝对这一结果感到非常惊讶。“我说，‘这怎么可能？“你确定吗？”她回忆道。
研究小组在《自然化学杂志》上发表了研究结果。
研究人员还展示了这种新型弹性体在电场作用下的伸缩，这表明它有可能被用作人造肌肉。
柔韧的鱼网
鲍说，尽管人工肌肉目前在机器人和一些消费技术中有应用，但与真正的二头肌相比，它们仍然有一些缺点。
如果目前用于制欧洲杯足球竞彩造人造肌肉的材料有小缺陷或孔洞，那么产生的人造肌肉将不会具有那么大的弹性。如果被划伤或刺穿，它也无法自我修复。然而，独特的弹性材料为这一问题提供了充分的解决方案，因为它也具有非凡的自愈特性。
当聚合物变形时，通常采用热处理或溶剂来恢复其性能。在这种新材料的情况下，它可以在室温下自我愈合，不管损坏的部分是否已经老化了几天。研究人员发现，在零下4°F(-20°C)的低温下，它可以自我修复，这和商业冷冻室的温度差不多。
研究人员声称，这种独特的拉伸和自愈合能力是可能的，因为对一种称为交联的特殊化学键合过程的某些关键改进。化学键合过程，包括以鱼网模式连接分子的线性链，使得聚合物在过去可以拉伸10倍。
作为第一步，研究小组设计了特殊的有机分子，通过交联与短聚合物链连接，产生一系列被称为配体的结构。这些配体结合在一起产生更长的聚合物链，形成具有固有弹性的弹簧状线圈。研究人员在材料中加入金属离子，因为这些离子对配体有亲和力。当这种复合材料受到拉伸时，结就会松弛，并允许配体分离。同样地，当放松时，配体和离子之间的亲和力导致鱼网被拉伸。由此产生的材料是一种有弹性、坚固和自我修复的弹性体。
基本上，聚合物通过金属离子和配体连接在一起，就像一个大网。每个金属离子至少与两个配体结合，所以如果一个配体在一边脱落，金属离子仍可能与另一边的配体相连。当压力被释放时，离子可以很容易地与另一个配体重新连接，如果它足够近的话。
鲍哲南，斯坦福大学化学工程教授
人工肌肉和皮肤的进展
研究人员发现，通过简单地改变添加的金属离子的数量，这种新型聚合物可以被调整为更有弹性或愈合得更快。材料样品，已经超过了测量机的极限，是通过最小化铁原子与材料中的聚合物和有机分子的比例来构建的。研究人员还说明，这种独特的聚合物，含有金属添加剂，暴露在电场会抽搐。
该团队将不得不调整概念，以提高材料的收缩和扩展程度，并以更精确的方式控制它。展望未来，这一发现为新的应用带来了希望。
这项研究也可以适应鲍的努力，开发人造皮肤，可能用于修复使用假肢的人的某些感觉能力。在早期的研究中，鲍的团队已经开发出了柔韧而精致的聚合物，这些聚合物上布满了压力传感器，可以识别蝴蝶着陆和握手之间的区别。这种新的、坚韧的材料可能成为一种成熟的人造皮肤的物理结构的一部分。
人造皮肤不仅仅由一种材料制成。我们想要创建一个非常复杂的系统。
Franziska Lissel，斯坦福大学博士后研究员
在人造肌肉和人造皮肤在现实世界场景中实施之前，这种坚固性柔韧，电子活性的聚合物可以适用于许多其他用途，例如新一代可穿戴电子产品，或者长期使用的医疗植入物，不需要更换或修理。
在包的领导下，经过两年的合作，目前的发现是可能的，其中包括设计金属-配体结合方案的有机金属化学家李成辉；聚合物化学家晁望，现在是加利福尼亚大学化学系助理教授，河滨，他曾做过自我修复弹性体的迭代；和人工肌肉专家Christoph Keplinger，现在是Boulder科罗拉多大学机械工程助理教授。
研究的其他贡献者标题为“一种高度可伸展的自主愈合弹性体”，包括景林佐，丽瓜金，杨太阳，彭铮，易曹，基督徒湖和萧韧。
空军科学研究办公室、三星电子和中国国家重大基础研究发展计划支持了斯坦福大学的研究。