這一切都始于聚合物，聚合物是由小分子組成的材料，如項(xiàng)鏈上的珠子串在一起，形成一條長(zhǎng)鏈。通過(guò)化學(xué)連接兩種或多種具有不同性質(zhì)的聚合物鏈，工程師可以創(chuàng)造嵌段聚合物，利用兩種材料的顯著特征。例如，聚苯乙烯泡沫塑料杯中的聚苯乙烯相對(duì)較硬且易碎，而聚異戊二烯（從橡膠樹(shù)上拍打）是粘稠的和糖蜜狀的。當(dāng)這兩種聚合物通過(guò)化學(xué)方式連接時(shí)，工程師可以為汽車輪胎和橡皮筋等日常用品制作材料，這些材料可以保持其形狀，但具有抗沖擊性和可拉伸性。

Epps作為麻省理工學(xué)院的本科學(xué)生在PaulaHammond教授的實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)被引入阻止聚合物，并且當(dāng)他在AdelHalasa下的固特異輪胎和橡膠公司工作時(shí)作為創(chuàng)業(yè)板獎(jiǎng)學(xué)金的一部分。固特異正在探索使用錐形多組分聚合物來(lái)制造更具彈性的輪胎，輪胎可以更好地抓住路面而不會(huì)犧牲性能或耐用性。

多年后，在UD的工作中，Epps的團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步，并意識(shí)到他們可以調(diào)整這些聚合物的納米尺度（人類頭發(fā)寬度的1/1000）結(jié)構(gòu)，使材料具有一定的機(jī)械，熱和導(dǎo)電性。

嵌段聚合物的一個(gè)好處是它們?cè)试S科學(xué)家將兩種或多種通常是化學(xué)不相容的組分結(jié)合起來(lái)，這意味著它們不會(huì)混合（想想油和水）。然而，同樣的好處可能對(duì)如何處理材料提出挑戰(zhàn)。Epps集團(tuán)確定，逐漸縮小兩個(gè)不同聚合物鏈連接的區(qū)域可以促進(jìn)高度不相容材料之間的混合，從而通過(guò)在制造過(guò)程中需要更少的能量或更少的溶劑來(lái)使加工和制造更快且更便宜。

操縱錐度還允許研究人員控制可由嵌段聚合物形成的納米級(jí)結(jié)構(gòu)。通過(guò)結(jié)合錐度，Epps團(tuán)隊(duì)可以創(chuàng)建納米級(jí)網(wǎng)絡(luò)，使電池材料更具導(dǎo)電性，引入納米級(jí)高速公路并消除交通瓶頸，允許離子以更高的速度移動(dòng)并使聚合物在電池應(yīng)用中更有效。

“從技術(shù)上講，我們希望更快地進(jìn)行離子聚合物中的這種方法可以讓我們從電池中獲得更多的電力。它可以讓電池以更安全的方式更快地充電。我們還沒(méi)有，但是這就是目標(biāo)，“Epps說(shuō)，他通過(guò)UD的經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新與合作辦公室獲得了該概念的專利。

他稱這項(xiàng)工作是聚合物科學(xué)的“設(shè)計(jì)者方法”?；瘜W(xué)和生物分子工程博士生PriyankaKetkar希望通過(guò)研究改變世界。Ketkar將Epps研究小組描述為一個(gè)很好的選擇，她正在鍛煉自己的精神肌肉，解決與能量?jī)?chǔ)存相關(guān)的相關(guān)問(wèn)題。

在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，Ketkar和Epps集團(tuán)的其他人已經(jīng)表明，在聚合物電解質(zhì)鏈之間引入錐形區(qū)域?qū)嶋H上增加了在一定溫度范圍內(nèi)的總體離子電導(dǎo)率。例如，在室溫下，錐形材料的導(dǎo)電性是非錐形材料的兩倍。但這還不是全部。錐度也提高了材料的加工能力。

“先前提高電導(dǎo)率的方法要么使聚合物更難加工，要么使用更多的化學(xué)溶劑，這使得材料更易燃，更不環(huán)保，”Ketkar說(shuō)。“這就是為什么我對(duì)這種新方法感到非常興奮?！?br/>
設(shè)計(jì)師聚合物可用于鋰離子電池，但也適用于其他可充電系統(tǒng)，如鈉離子和鉀離子電池，Epps說(shuō)。其他應(yīng)用包括使用錐形聚合物制造可在較低溫度下生產(chǎn)的材料或用于輪胎，橡膠帶和粘合劑等應(yīng)用的溶劑較少的材料。

隨著技術(shù)發(fā)展，Epps預(yù)計(jì)未來(lái)5到10年將迎來(lái)大量可以彎曲和翻滾的設(shè)備，如手機(jī)和電腦?！斑@種方法的唯一方法是，如果所有組件都是靈活的，包括電池和電源單元，不僅僅是外殼，屏幕或按鈕，”Epps說(shuō)?！斑@一方面是嵌段聚合物變得非常理想的地方，因?yàn)樗裣鹌そ钜粯?，盡管有拉伸，彎曲和其他操作用聚合物來(lái)記住它的形狀，你可以使內(nèi)部組件更具抗沖擊性和減震性，這將改善手機(jī)的使用壽命“。設(shè)計(jì)師聚合物也可能有其他應(yīng)用。

“如果足球內(nèi)部有一個(gè)傳感器設(shè)計(jì)用于在球員越過(guò)特定碼數(shù)時(shí)提醒官員，比如第一次擊球，該怎么辦，”埃普斯說(shuō)?！澳悴恍枰蕾嚬俜降膽騽∮^看或即時(shí)重播?！钡?，足球會(huì)被拋到一邊，持有它們的球員經(jīng)常受到打擊。

結(jié)語(yǔ)：“你需要一些不會(huì)破裂或泄漏的東西，所以使用具有材料特性的聚合物，橡皮筋，也可以像電池那樣傳導(dǎo)離子，這將是一個(gè)完美的解決方案，”Epps說(shuō)?！斑@條大道是你可以想象這些材料開(kāi)花的一個(gè)方向?！盓pps最近被任命為英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的成員。為了獲得這一榮譽(yù)，科學(xué)家必須對(duì)化學(xué)科學(xué)產(chǎn)生影響。