編譯／韋士塔

功能先進的科技產品日益精巧，但這些裝置會遭逢的一項問題是，一旦摔落、受到撞擊時容易損壞，耐用性不足。為了提升這些產品的耐用性，美國默塞德加州大學（University of California , Merced）的科學家正開發一種創新材料，除了具備感測器及穿戴式裝置應有的導電能力，還能在受到撞擊或拉伸時變得更具韌性，讓產品更堅固。

研究團隊2024年在美國化學會（ACS）春季會議展示最新研究成果，研究人員指出，意外事件常在日常生活中發生，例如智慧手表、智慧手機摔落或被猛烈撞擊，往往導致這些裝置毀損。有鑒於此，研究團隊開發一種柔軟、有彈性的「適應耐久性」（adaptive durability）材料，是未來穿戴式裝置或客製化醫療感測器的理想材料。

研究人員指出，在材料學中，「適應耐久性」代表這類材料足夠堅韌，即使在惡劣的環境也能避免受損、抵抗壓力。

參與這項研究的材料科學家王悅（Yue Wang，音譯）表示，開發這種新材料的靈感來自烹飪用的米澱粉；她說：「玉米澱粉摻水後可以攪拌，輕輕攪拌時有如液體，但快速施加壓力時，玉米澱粉漿就如同固體。」

王悅解釋，玉米澱粉漿具有非牛頓流體（Non-Newtonian fluid）特性，性質介於液體與固體之間。非牛頓流體的表面受到快速強力的衝擊時，會變得很硬，並出現固體特性。當表面壓力較小時則呈現液體性質。這個原理是因為用力擊打非牛頓流體時，壓力會均勻地傳遞到每一個分子顆粒，強大的分子間作用力，會產生反作用力，感覺非牛頓流體有如一堵牆。然而，如果慢速施加壓力，就能輕鬆地穿透非牛頓流體。

為了開發更耐用的科技裝置材料，王悅及研究團隊成員嘗試找出具有類似特質的聚合物固體導電材料。過去已有科學家開發出使用共軛聚合物（conjugated polymers，具導電性的長條狀分子）製造柔軟且可彎曲的材料，但大多數柔性聚合物若重複受到強力衝擊就會破裂。

王悅的團隊以此為基礎，嘗試各種共軛聚合物的組合比例，開發出耐用且具備非牛頓流體特性的材料。

研究團隊最後使用多種分子，組成一種薄膜，當受到快速衝擊時會變形或拉伸；這種聚合物可幫助材料導電，且具備韌性。受到撞擊時，這種材料會變得更堅韌，並可吸收衝擊力，保持材料的完整及導電性。

研究團隊表示，新材料涉及複雜技術，未來若能量產，將可大幅提升智慧手表、穿戴式感測器或健康監測器的耐用性；此外，客製化的電子義肢也是這種多功能材料的應用範圍，有望製造更耐用的3D列印義肢。

王悅認為，開發新材料有可能改變未來，她非常期待創新材料能推動更靈活、更耐用的生物感測及各種裝置。