Этот стекловидный гель представляет собой удивительный новый класс материалов, который заживляет сам себя
Совершив счастливое открытие, исследователи создали новый класс материалов под названием «стеклянные гели», которые наполовину жидки, но их трудно сломать.
Эластичные, удивительно липкие и способные «самовосстанавливаться». при разрезании удивительные свойства этих гелей потенциально делают их полезными для более широкого спектра применений, чем обычно используемые пластики, которые либо твердые и хрупкие, либо мягкие и легко рвутся.
«Мы создали класс материалов, которые мы назвали стекловидными гелями, которые так же тверды, как стеклообразные полимеры, но – если приложить достаточную силу – могут растягиваться в пять раз от своей первоначальной длины, а не ломаться», — говорит Майкл Дики, ученый-материаловед из North Университет штата Каролина (NCSU).
Но, как и в случае со многими случайными научными открытиями, целью никогда не было создание совершенно нового класса веществ, рассказывает Дикки ScienceAlert.
«Мы споткнулись в эти интересные материалы», — говорит он, когда исследователь NCSU Мэйсян Ван экспериментировал с ионогелями, материалами, изготовленными из полимера, набухшего ионной жидкостью, проводящей электричество.
Ван пытался создать растягивающиеся носимые устройства, которые может использоваться в датчике давления, других медицинских устройствах или робототехнике. Изменив состав, Ван создал гель, который сначала выглядел как «обычный кусок прозрачного гибкого пластика», но затем испытания показали, что он очень твердый, но не хрупкий, как другие распространенные пластики.
«Как только мы поняли у них замечательные свойства, мы углубились, чтобы лучше их понять», — говорит Дики.
Стеклянные гели изготавливаются с использованием ионной жидкости, которая похожа на воду, но состоит полностью из заряженных частиц, что позволяет ей проводить электричество. При смешивании с предшественником полимера жидкость раздвигает полимерные цепи, делая материал мягким и эластичным. В то же время ионы также сильно притягиваются к полимерным цепям, предотвращая их разделение.
«Конечным результатом является то, что материал становится твердым из-за сил притяжения, но все еще способен растягиваться. благодаря дополнительному пространству», — объясняет Дики.
Стеклянные гели не высыхают, хотя на 50–60 процентов состоят из жидкости, и испытания показали, что они обладают «огромной» прочностью на излом и ударной вязкостью. .
Материал также может «самовосстанавливаться», реформировать, если вырезать, и имеет своего рода память, которая позволяет растянутому гелу сохранять свою форму, только чтобы сжиматься с исходной формой при нагревании. p>
Хотя такие регенеративные свойства необычны, они не являются чем-то новым, особенно для эластичных гелеобразных материалов. Недавно учёным удалось решить гораздо более сложную задачу — создать обычно жёсткие материалы, такие как металлы, стекло, солнечные панели и бетон, которые заживляются при растрескивании. Если такие материалы, способные самовосстанавливаться при повреждении, будут коммерциализированы, они смогут помочь сократить количество отходов в строительстве, электронике и индустрии моды.
Но странное сочетание замечательной природы стеклообразных гелей — это нечто. исследователи хотят продолжить исследования.
«Возможно, самая интригующая характеристика стеклообразных гелей — это то, насколько они липкие», — говорит Дики. «Мы понимаем, что делает их твердыми и растягивающимися, [но] мы можем только предполагать, что делает их такими липкими».
Очевидно, что прежде чем эти гели можно будет использовать, необходимы дополнительные испытания и оптимизация «геля». каким-либо практическим способом, но, думая о потенциальных приложениях, Дики говорит, что прочные материалы, проводящие электричество (например, гель), полезны в батареях.
Другие потенциальные области применения включают 3D-печать материалов, подобных пластику, с использованием более простых методов, чем обработка расплавом – метод, используемый в настоящее время для производства коммерческих пластмасс из стартовых смол. Этот процесс часто включает доставку продукции на несколько предприятий для каждого этапа производства пластмассы, тогда как стеклообразные гели можно впрыскивать в форму и отверждать ультрафиолетовым светом.
Но, по словам Дики, прежде чем приступить к разработке приложений, его команда хочет чтобы лучше понять основы формирования этих материалов и почему существует «магическое соотношение» растворителя и полимера, которое создает уникальные свойства гелей.
«Учитывая количество уникальных свойств, которыми они обладают , мы надеемся, что эти материалы будут полезны», — говорит Ван.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
