当木质素遇到橡胶，华南理工刘伟峰突破研究困境，造出可举起万倍以上重量的“人造肌肉”

华南理工刘伟峰团队利用木质素与橡胶结合，制备出可举起自身重量万倍以上重物的“人造肌肉”材料。其研究突破了木质素与高分子材料结合的技术瓶颈，通过构建动态配位键和机械训练过程，赋予材料显著的应变适应性特征，实现了在温度、电、光刺激下的驱动功能。以下是具体研究内容：木质素特性与高值化利用挑战木质素是广泛存在于植物中的天然高分子，具有可再生、成本低、抗紫外、抗氧化等特性，但存在易团聚、与高分子界面相容性差的问题。传统方法（如物理球磨、化学改性、添加相容剂）难以同时解决分散性与性能提升的矛盾，导致其工业应用受限。从蛛丝与肌肉组织中获取灵感刘伟峰团队从天然蜘蛛丝的多层级纳米微相分离结构和动态键作用中获得灵感，提出利用木质素的含氧极性官能团（如羟基、羧基）与金属离子络合，形成配位键和离子键，增强其与聚合物的界面作用。此外，团队借鉴肌肉组织的应变硬化特征，猜想多层级交联网络结构可能是关键，尝试在木质素/橡胶体系中通过配位键断裂赋予材料生物组织般的应变适应性。改性橡胶与“人造肌肉”制备金属配位键构建：在木质素与丁腈橡胶混炼过程中，通过原位界面改性引入金属离子（如锌、铁），形成类似“螃蟹腿”的金属配位键，将木质素与橡胶链段紧密连接。实验表明，用50%木质素替代传统炭黑填料后，橡胶的力学性能、抗老化性能和高温耐油性能均优于纯炭黑填充材料，适用于耐油密封件和输油管道。机械训练与动态配位键：团队进一步通过木质素改性三元乙丙橡胶制备人工肌肉功能弹性体。在构建界面动态配位键的基础上，引入机械训练过程（如反复拉伸），使橡胶链段沿训练方向取向排列，形成多层级交联网络。该材料在温度变化刺激下可往复驱动，举起相当于自身重量10000倍的重物；通过调整刺激方式（如电刺激、光刺激），还可实现类似肌肉活动的功能。研究意义与产业化前景该研究突破了木质素在高分子材料中低值应用的局限，为可降解塑料、橡胶弹性体等领域提供了绿色替代方案。例如，改性丁腈橡胶在工业密封件和管道中的潜在应用，以及“人造肌肉”材料在柔性机器人、生物医学设备中的前景，均体现了木质素高值化利用的工业价值。刘伟峰团队已公开寻求产业合作，以推动技术从实验室到市场的转化。