客观日本

东京大学开发出超轻坚韧的“人工丝瓜络”,利用负电荷排斥反应构筑立体网状结构

2025年10月30日 电子电气

低密度、多孔隙聚合物可通过少量资源构建大体积物体,因而在实现可持续发展中具有重要的应用价值。然而,现有的人工多孔聚合物在干燥状态下普遍存在力学强度低、易碎等问题,这成为制约其发展的技术瓶颈。

东京大学研究生院工学系研究科的伊藤喜光副教授等人的研究团队,成功开发出了一种类似“丝瓜络”三维网状结构、且在干燥状态下密度仅为普通聚合物一半的薄膜。该材料的杨氏模量(反映材料刚度)达到普通树脂的3~4倍。据称,除经过特殊加工的纤维外,这种坚韧的人工多孔聚合物材料,在史上尚属首次研发成功。

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将间苯二酚(Resorcinol)与甲醛(HCHO)的水溶液混合后施加电压,薄膜会在正极积聚。在此过程中,由于负电荷间相互排斥,形成空隙,进而构筑出立体网状结构。

在市售的廉价试剂间苯二酚(C₆H₆O₂)与甲醛的水溶液中放置电极,并施加5伏电压,聚合反应会以均匀覆盖正极表面整体的形式进行。最终生成厚度为70纳米(1纳米为十亿分之一米)的无缺陷薄膜。在该反应过程中,溶液中的单体与聚合物均带负电荷并在正极聚集。由于单体与聚合物会因电荷作用相互排斥,薄膜中便会产生空隙,从而形成多孔结构。

这种薄膜不仅轻量且极为坚韧,还具有在碱性溶液中柔软膨胀的特性,同时兼具抗菌与抗病毒性。未来有望应用于可根据水溶液的pH值自动切换物质渗透开关的智能膜分离技术,以及用于防感染过滤器等领域。(TEXT:中条将典)

原文:JSTnews 2025年10月号
翻译:JST客观日本编辑部

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