這一切都始于聚合物，聚合物是由小分子組成的材料，如項鏈上的珠子串在一起，形成一條長鏈。通過化學(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較硬且易碎，而聚異戊二烯（從橡膠樹上拍打）是粘稠的和糖蜜狀的。當(dāng)這兩種聚合物通過化學(xué)方式連接時，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教授的實驗室工作時被引入阻止聚合物，并且當(dāng)他在AdelHalasa下的固特異輪胎和橡膠公司工作時作為創(chuàng)業(yè)板獎學(xué)金的一部分。固特異正在探索使用錐形多組分聚合物來制造更具彈性的輪胎，輪胎可以更好地抓住路面而不會犧牲性能或耐用性。

多年后，在UD的工作中，Epps的團隊更進(jìn)一步，并意識到他們可以調(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械，熱和導(dǎo)電性。

嵌段聚合物的一個好處是它們允許科學(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，這意味著它們不會混合（想想油和水）。然而，同樣的好處可能對如何處理材料提出挑戰(zhàn)。Epps集團確定，逐漸縮小兩個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，從而通過在制造過程中需要更少的能量或更少的溶劑來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結(jié)構(gòu)。通過結(jié)合錐度，Epps團隊可以創(chuàng)建納米級網(wǎng)絡(luò)，使電池材料更具導(dǎo)電性，引入納米級高速公路并消除交通瓶頸，允許離子以更高的速度移動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。我們還沒有，但是這就是目標(biāo)，“Epps說，他通過UD的經(jīng)濟創(chuàng)新與合作辦公室獲得了該概念的專利。

他稱這項工作是聚合物科學(xué)的“設(shè)計者方法”。化學(xué)和生物分子工程博士生PriyankaKetkar希望通過研究改變世界。Ketkar將Epps研究小組描述為一個很好的選擇，她正在鍛煉自己的精神肌肉，解決與能量儲存相關(guān)的相關(guān)問題。

在實驗室實驗中，Ketkar和Epps集團的其他人已經(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。“這就是為什么我對這種新方法感到非常興奮。”

設(shè)計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。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)計未來5到10年將迎來大量可以彎曲和翻滾的設(shè)備，如手機和電腦。“這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。“這一方面是嵌段聚合物變得非常理想的地方，因為它像橡皮筋一樣，盡管有拉伸，彎曲和其他操作用聚合物來記住它的形狀，你可以使內(nèi)部組件更具抗沖擊性和減震性，這將改善手機的使用壽命“。設(shè)計師聚合物也可能有其他應(yīng)用。

“如果足球內(nèi)部有一個傳感器設(shè)計用于在球員越過特定碼數(shù)時提醒官員，比如第一次擊球，該怎么辦，”埃普斯說。“你不需要依賴官方的戲劇觀看或即時重播。”但是，足球會被拋到一邊，持有它們的球員經(jīng)常受到打擊。

結(jié)語：“你需要一些不會破裂或泄漏的東西，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，這將是一個完美的解決方案，”Epps說。“這條大道是你可以想象這些材料開花的一個方向。”Epps最近被任命為英國皇家化學(xué)學(xué)會的成員。為了獲得這一榮譽，科學(xué)家必須對化學(xué)科學(xué)產(chǎn)生影響。