新墨西哥州阿尔伯克基——桑迪亚国家实验室的一个团队开发了一种分子，这种分子有助于改变一些材料对温度波动的反应方式，使其更耐用。这是一个可以用于从塑料手机壳到导弹的所有应用程序。

聚合物包括各种形式的塑料，由许多较小的分子结合在一起组成。这种结合使它们特别坚固，是用于保护各种物品中精致组件的理想产品。但随着时间的推移，使用和暴露在不同的环境中，所有材料都开始退化。

材料劣化的最大因素之一是从高温到低温以及背部的反复暴露。大多数材料在加热时膨胀，在冷却时收缩，但每种材料都有自己的变化率。例如，聚合物的膨胀和收缩最大，而金属和陶瓷的收缩最小。

领导该团队的材料科学家Erica Redline说，大多数物品都是由不止一种材料组成的。

Redline说：“以你的手机为例，它有一个塑料外壳，连接着一个玻璃屏幕，里面是构成电路的金属和陶瓷。”。“这些材料都是用螺丝、胶水或以某种方式粘合在一起的，会以不同的速度开始膨胀和收缩，相互施加应力，随着时间的推移，这些应力会导致它们破裂或翘曲。”

Redline表示，她不断听到桑迪亚众多客户的同样抱怨。

Redline说：“他们总是在谈论热膨胀失配问题，以及他们现有的系统是如何难以使用的，因为他们需要添加所有的填充物来进行补偿。”。

于是，Redline的想法诞生了。

“我想，如果我变出一种完美的材料，那会是什么样子，”Redline说。

Redline认为，在她的团队Chad Staiger、Jason Dugger、Eric Nagel、Koushik Ghosh、Jeff Foster、Kenneth Lyons、Alana Yoon以及学术联盟合作者Zachariah Page教授和研究生Meghan Kiker的帮助下，她做到了。

该团队对一种分子进行了修饰，使其能够很容易地结合到聚合物中，从而改变其性质。

Redline说：“这确实是一种独特的分子，当你加热它时，它并没有膨胀，而是通过形状的变化而收缩。”。

“当它被添加到聚合物中时，会导致聚合物收缩较少，达到与金属类似的膨胀和收缩值。拥有一个表现得像金属的分子是非常了不起的。”

这种分子可以用无限的方法。聚合物被用作电子、通信系统、太阳能电池板、汽车零部件、印刷电路板、航空航天应用、国防系统、地板等领域的保护涂层。

桑迪亚化学工程师Jason Dugger说：“这种分子不仅解决了当前的问题，而且为未来的更多创新开辟了设计空间。”他一直在研究潜在的应用，尤其是在国防系统中。

本发明的另一个关键是，在3D打印中，它可以以不同的百分比掺入聚合物的不同部分。

Dugger说：“你可以在一个区域打印出具有某些热行为的结构，在另一个区域则打印出其他热行为，以匹配物品不同部分的材料。”。

另一个好处是通过消除重填料来帮助减轻材料的重量。

Dugger说：“这将使我们能够做更轻的事情来节省质量。”。“例如，在发射卫星时，这一点尤为重要。我们能节省的每克都是巨大的。”

Redline说，一位环氧树脂配方师也曾联系过她，他认为这种分子可以被掺入粘合剂中。

该团队只创造了少量的这种分子，但他们正在努力寻找一种扩大生产的方法，以便桑迪亚的其他研究人员能够测试这种分子以满足任务需求。

桑迪亚的有机化学家Chad Staiger制造了这种分子。他说，他大约需要10天才能做出7-10克。

“不幸的是，这种分子的合成需要很长时间，”Staiger说。“更多的步骤意味着更多的时间和金钱。在药品等高价值材料中，通常会看到五到六步的合成。在聚合物中，越便宜越好，越适合大规模采用。”

该团队正在通过桑迪亚的技术成熟计划使用10万美元的资金来减少步骤，该计划有助于为市场准备好产品。

博士后Eric Nagel说：“我的职责是看看是否有一种更容易的方法在商业层面上实现它。”。“没有什么比这更好的了。我真的很兴奋这项技术能做什么，以及与之相关的应用程序。”

Staiger说：“这是一场非凡的比赛，而且非常开放。”。

达格对此表示赞同：“这真的是一种极限状态。”