在Calit2大楼的一个实验室里,亚历山德拉·斯特泽莱卡打开一个抽屉,拿出一张小方格纸,递给一位来访者。这种褐色的橡胶状材料延伸到原来尺寸的两倍以上。
它很轻,如果有人冒险猜测它的重量,那么零盎司将是一个合理的答案。
他们正在展示一种自适应热管理复合材料,该材料因其灵感而得名:鱿鱼皮。
头足类动物的皮肤可以让这些生物改变颜色,而基于它的UCI发明可以隔离饮料杯、餐厅购物袋、包裹盒,如果你有足够的量,还可以隔离运输集装箱。
化学和生物分子工程副教授阿隆·戈罗德茨基(AlonGorodetsky)在他的实验室里,和刘和斯特泽莱卡(Strzelecka)进行了研究。他说,追求包装应用的想法是在2019冠状病毒疾病大流行的鼎盛时期提出的,当时我们中的许多人都订购了食品杂货和餐厅餐点,以便在家送货。
Gorodetsky说:“任何易腐的东西,任何需要控制温度的东西,都需要大量的包装。该应用程序的真正动机是思考这个根本问题,因为食品包装非常浪费。每个人送回家的包装数量增加了一个数量级以上。这些东西后来都去了哪里?基本上,它们将在填埋场中存在数百年。”
但是,传统食品包装的优势在于,它能够使热的食品保持热的,冷的食品保持冷的,并且外壳相当中性,便于搬运。这让我们回到了低等乌贼。鱿鱼皮肤中色素细胞的扩张和收缩改变了可见光的反射和透射,这些变化有助于头足类沟通和伪装身体以躲避捕食者。
Gorodetsky的团队模仿了这种方法,在他们的材料中实现了“可调温度调节”,这可以提高能效,甚至保护敏感的手指。3月28日发表在《自然可持续性》上的UCI研究人员论文《具有可调热管理特性的仿生材料的可扩展制造》总结了这一点。
该材料的顶层由铜制成,底层支撑层为普通橡胶聚合物。该论文的主要作者、前UCI化学和生物分子工程博士后Mohsin Badshah说:“通过用醋去除铜,并使用已确立的商业方法重新利用剩余的可拉伸聚合物,这种复合材料可以大量回收。”
刘和斯特泽莱卡在实验室展示了“鱿鱼皮”,他们解释了团队是如何实现其目标的,即在保持其拉伸、强度和温度调节能力的同时,制造出不仅可回收,而且无毒、抗菌和大规模的鱿鱼皮。
成本是另一个因素。这种材料是价格上的最佳选择,一些替代品使用黄金或白银,但在比较价格时,我们的方法对全球消费者更为实用。然后,她拿出一个纸咖啡杯,杯身包裹着一层薄薄的鱿鱼皮材质,并用维可牢尼龙粘在一起。你可以拉伸它来调节你想要的咖啡的温度,我们的一个实验是关于改变冷却速度的。
在杯子周围包上一些东西,比如乳胶或Saran保鲜膜,可以让你把几乎所有的容器都变成保温瓶。但通过拉伸材料,你可以根据自己的需要进行调整。也许你喜欢热咖啡,但其他人喜欢热咖啡或温水咖啡。
根据许多媒体在《自然可持续发展》上的报道,人们显然对能够做到这一点很感兴趣,但这种关注并没有让Gorodetsky感到惊讶。他说这个话题非常及时,可持续包装只是人们一直在思考的事情之一。有一些新闻报道称,星巴克多年来一直试图废除一次性咖啡杯,因为它是一种严重的环境危害。
“令我惊讶的是国际社会的关注。意大利、德国和法国等地发生了很多关于可持续发展政策的事情。我想这说明,也许欧洲在回收利用和环境影响方面比我们更具前瞻性。”
令Gorodetsky兴奋的还有业界对鱿鱼皮启发材料的兴趣。他指的是国防高级研究计划局,该局为军事开发新兴技术,并最终适应一般消费者使用。无人机、个人电脑、互联网、语音激活和Moderna的2019冠状病毒疾病疫苗都是DARPA至少可以部分归功于的创新。
根据《自然可持续发展》论文的成本分析部分,这种以鱿鱼皮为灵感的材料可以每平方米10美分的价格生产出来。这将使它像太空毯一样实惠。Gorodetsky说:“我们在标准设备上制造的这些类型的金属化板材的范围内。我们的价格稍高一些,但就所有目的而言,这与制作薯片袋的内部成本基本相同。”
从研究到投放到消费者货架的竞争还没有结束。咖啡杯的例子是一个很酷的演示,但如果没有更多的工作,它可能不是最具商业可行性的应用程序。这就是为什么你会得到一个有实际商业经验的人,一个会告诉你什么是什么的人。
一旦知道了确切的产品并解决了额外的制造难题,对他的实验室来说,更重要的是进行更多的产品开发。
Gorodetsky说,每次你扩展某个项目,这都是一个全新的研究项目。我们下一步要把这种材料制成卷。这是一个难以置信的工程挑战。然后有可能在这一过程中添加修改,例如将传感器放入材料中或添加自我修复功能。你可以加上很多铃铛和哨子。但每次你改变一些东西,它就会变成一个全新的项目。
不管最终会变成什么,UCI都会持有一种有价值材料的专利,这种材料的未来用途似乎无穷无尽。