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這些新的打結(jié)材料由于其耐用性、可能的生物相容性和極端的可變形性，可能會在生物醫(yī)學(xué)以及航空航天領(lǐng)域找到應(yīng)用。

前加州理工學(xué)院研究生Widianto P. Moestopo（19歲碩士，22歲博士）說："克服材料可變形性和拉伸韌性[被拉伸而不斷裂的能力]之間的一般權(quán)衡的能力為設(shè)計(jì)極其靈活、耐用并能在極端條件下運(yùn)行的設(shè)備提供了新的方法。"

Moestopo是一篇關(guān)于納米級結(jié)的論文的主要作者，該論文于3月8日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。他在Julia R. Greer的實(shí)驗(yàn)室里幫助開發(fā)了這種材料，她是Ruben F. and Donna Mettler材料科學(xué)、力學(xué)和醫(yī)學(xué)工程教授；Kavli納米科學(xué)研究所的Fletcher Jones基金會主任；以及《科學(xué)進(jìn)展》論文的資深作者。格里爾站在創(chuàng)造這種納米架構(gòu)材料的最前沿，或者說其結(jié)構(gòu)是在納米尺度上設(shè)計(jì)和組織的材料，因此表現(xiàn)出不尋常的，往往是令人驚訝的特性。

用微尺度結(jié)構(gòu)建的材料的抗拉強(qiáng)度（左），與缺乏結(jié)但其他結(jié)構(gòu)相同的材料的抗拉強(qiáng)度（右）相比。資料來源：加州理工學(xué)院

Greer說："著手了解結(jié)點(diǎn)將如何影響微結(jié)構(gòu)材料的機(jī)械反應(yīng)是一個(gè)新的突破性想法。我們已經(jīng)做了廣泛的研究，研究許多其他類型的微織物的機(jī)械變形，例如，格子和編織材料。進(jìn)入結(jié)的世界使我們能夠更深入地了解摩擦和能量耗散的作用，并證明是有意義的"。

每個(gè)結(jié)的高度和寬度約為70微米，每個(gè)纖維的半徑約為1.7微米（約為人類頭發(fā)半徑的百分之一）。雖然這些不是有史以來最小的結(jié)--在2017年，化學(xué)家們打了一個(gè)由單個(gè)原子鏈組成的結(jié)--但這代表了由這種規(guī)模的眾多結(jié)組成的材料首次被創(chuàng)造出來。此外，它顯示了在材料中包括這些納米級結(jié)的潛在價(jià)值--例如，在生物醫(yī)學(xué)中用于縫合或拴牢。

由聚合物制成的打結(jié)材料表現(xiàn)出的拉伸韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了沒有打結(jié)但其他結(jié)構(gòu)相同的材料，包括那些單個(gè)股線交織在一起而不是打結(jié)的材料。與未打結(jié)的材料相比，打結(jié)的材料吸收的能量多出92%，并且在被拉動(dòng)時(shí)需要兩倍以上的應(yīng)變量才能斷裂。

這些結(jié)沒有被機(jī)械打結(jié)，而是通過使用先進(jìn)的高分辨率三維光刻技術(shù)以打結(jié)的狀態(tài)制造出來的，因此能夠產(chǎn)生納米級的結(jié)構(gòu)。《科學(xué)進(jìn)展》論文中詳述的樣品包含簡單的結(jié)--一個(gè)帶有額外扭曲的反手結(jié)，在材料被拉伸的同時(shí)提供額外的摩擦力以吸收額外的能量。在未來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃探索由更復(fù)雜的繩結(jié)構(gòu)成的材料。

Moestopo對繩結(jié)的興趣來自于他在2020年COVID-19鎖定期間進(jìn)行的研究。"我看到了一些研究人員的作品，他們正在研究物理結(jié)的力學(xué)原理，而不是純粹數(shù)學(xué)意義上的結(jié)。我不認(rèn)為自己是一個(gè)登山者，一個(gè)水手，或一個(gè)數(shù)學(xué)家，但我一生都在打結(jié)，所以我認(rèn)為值得嘗試在我的設(shè)計(jì)中插入結(jié)，"他說。