在希臘神話中，在陽光下融化的翅膀是一場悲劇。然而，對於美國軍方來說，在陽光下汽化的飛行器可能是一種強大的武器：想象一下一架無人機在秘密地向偏遠地區運送物資後消失得無影無蹤。
佐治亞理工學院的工程師開發出了一種新型塑膠，它可以形成柔韌的薄片和堅固的機械部件——然後在紫外線照射或溫度高於 176 華氏度時在幾分鐘到幾小時內消失。之前製造可按命令自毀的塑膠的嘗試一直難以阻止此類材料在室溫下分解。但是佐治亞理工學院團隊的新物質可以保持穩定數年，只要它避開陽光。
這些塑膠還可以用於製造在收集資料後溶解的環境和醫療感測器，或者在熱風槍的幫助下鬆開的臨時粘合劑。“它們非常適合需要立即消失的應用，” 佐治亞理工學院的化學和生物分子工程教授 Paul Kohl 說，他週一在聖地亞哥舉行的美國化學學會全國會議上介紹了他的團隊的最新研究。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
Kohl 的演講涵蓋了佐治亞理工學院科學家對其材料所做的最新改進，但他的團隊多年來一直在研究配方——而且他們不是唯一一個試圖製造臨時塑膠的團隊。國防高階研究計劃局 (DARPA) 有一個名為“入站、可控、空投、不可回收系統”或 ICARUS 的完整計劃，為可能導致開發可消失的空運車輛的研究提供資金，包括佐治亞理工學院的工作。
由聚合物製成的滑翔機機翼在陽光下溶解。圖片來源：Paul Kohl
這項任務艱鉅。塑膠由合成聚合物組成，合成聚合物是較小分子透過超強鍵連線的長鏈。將它們恢復到其組成部分需要打破每個鍵，類似於將項鍊珠子逐個撕開。由於這個過程會受到溼度、酸度、溫度和材料環境中其他因素的影響，因此分解可能需要數月——如果它確實發生的話。“有許多合成塑膠會發生某種程度的降解，”Kohl 說，“但這是一個緩慢而痛苦的過程。”
為了製造可以在命令下快速破壞的耐用塑膠，Kohl 的團隊和其他一些研究人員轉向了一種稱為聚鄰苯二甲醛 (PPHA) 的分子。像所有聚合物一樣，當加熱到一定溫度以上時，這種聚合物會分解成它的組成部分。但是與瓶子和包裝中使用的塑膠僅在非常高的溫度下分解相反，PPHA 在仍低於室溫的情況下會分解。這種特性使其易於分解但難以穩定。
為了欺騙 PPHA 變得偽穩定，Kohl 和他的同事將鏈連線成一個圓圈。“它只從末端向內解聚，”Kohl 說。由於其末端連線在一起，該鏈不容易分解。“就像剝香蕉一樣，”Kohl 解釋說。“很難從中間剝。”雖然圓形結構使改性 PPHA 不會在典型室溫下分解，但如果一個觸發器只剪斷一個鍵，“整個東西會立即解聚並完全分解，”他說。
“他們設計聚合物從一個鍵斷裂解開的方式非常巧妙，”英國伯明翰大學的化學教授 Andrew Dove 說，他沒有參與這項新研究。佐治亞理工學院團隊透過向環狀 PPHA 中新增化學物質湯進一步微調了解開過程。為了在命令下觸發聚合物的分解，研究人員混合了一種化合物，該化合物在陽光下會變成酸性，然後攻擊 PPHA 鍵。為了減慢這種降解的速度——從而讓簡單的飛行器（如滑翔機）有足夠的時間完成任務——他們添加了額外的與酸反應並削弱酸的化合物。
然而，即使在其圓形形式下，PPHA 最初也不夠穩定以供長期使用。Kohl 和他的同事發現聚合物中的雜質——主要是用於組裝 PPHA 鏈的催化劑三氟化硼的痕跡——是主要原因。透過去除所有此類雜質，他們提高了材料的保質期。“它在室內、室溫下應該可以儲存 20 年，”Kohl 說。“熒光燈不會打擾它。”
儘管進行了這些改進，但由於其質地相對較脆，因此所得塑膠難以使用。但在美國化學學會會議上，Kohl 宣佈他和他的同事透過向塑膠中新增離子液體（液態鹽）解決了這個問題。這樣做會以不同的方式改變其機械效能：一種離子液體使塑膠堅韌而堅硬，非常適合滑翔機機翼，而另一種離子液體則使其柔軟且可摺疊以用於其他用途，Kohl 說。
DARPA 已經使用這種塑膠製造了輕便、堅固的滑翔機和降落傘。去年 10 月，該機構對其中一種車輛進行了實地測試：晚上從高空氣球上空投下，一架滑翔機成功地將一個三磅重的包裹送到了 100 英里外的一個地點。在陽光下照射四個小時後，它消失了，只在地面上留下了一片油汙。Kohl 說，在耀眼的午間陽光下，塑膠溶解的速度會更快，在某些情況下只需五分鐘。
這種新型塑膠仍然面臨挑戰。例如，Dove 強調，光觸發降解將限制其用途。“這是一個很棒的想法，”他說，“但我不確定它會轉化為消費塑膠。”當塑膠分解時剩下的東西也很重要。瑞典皇家理工學院的化學家 Ann-Christine Albertsson 指出，沒有任何東西會完全消失。“降解產物以及它們如何幹擾環境非常重要，”她說。
在這種情況下，剩餘的產物——曾經是測試滑翔機的油汙——主要由研究人員用於處理聚合物的離子液體組成。這些物質是抗菌化學物質，類似於“醫院中用於抗菌溼巾的物質”，Kohl 說。“但是，它們不適合人類食用或接觸食品。未來，我們將嘗試將其更改為可汽化的。”