科技日报记者 张佳欣
据最新一期《自然》杂志报道，美国麻省理工学院研究团队开发出一种“弱键”交联分子，可显著提升聚苯乙烯等常见聚合物的抗冲击能力，为制造更耐用的塑料制品、轮胎和电子设备防护材料提供了新思路。
聚苯乙烯是一种坚硬、玻璃态的聚合物，广泛应用于制造瓶子、杯子、一次性餐具以及电子产品涂层，其泡沫形式是保丽龙，被广泛用于包装材料。
为了提高这类材料的抗冲击性能，研究团队在聚合物内部引入了一种特殊的“弱键”交联结构。这些弱键也被称为“机械活性基团”，均匀地分散在材料中。受力时，这些弱键会在冲击点选择性断裂，从而吸收并耗散大量冲击能量，减轻对主体结构的损伤。
研究团队将这种交联分子直接嵌入聚苯乙烯中，并利用激光诱导微弹丸冲击测试系统进行验证。实验中，直径约10微米的二氧化硅微球以每秒约750米的速度撞击薄膜材料。结果显示，与普通聚苯乙烯相比，采用新型交联结构的材料能够吸收更多冲击能量，表现出更优异的抗冲击能力。
进一步分析发现，当高速微粒撞击材料时，会使冲击点局部温度升高。在这一范围内，弱键会选择性断裂，形成能够耗散能量的“缓冲通道”，从而将冲击能量限制在局部区域，而不会大范围破坏材料结构。
研究团队还将这一策略应用于苯乙烯—丁二烯—苯乙烯橡胶，并获得了类似效果，这种橡胶广泛用于鞋底、沥青和屋面材料。目前他们正进一步探索该方法在轮胎用苯乙烯—丁二烯橡胶中的应用潜力。
如果这一技术能够推广至更多聚合物材料，未来有望用于制造更耐冲击的电子设备保护壳、更安全耐用的汽车轮胎等产品。同时，寿命更长的轮胎还有望减少磨损产生的微塑料排放，降低对环境的影响。
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