Это птица? Это самолёт? Нет, это «супержеле» — новый причудливый материал, который может выдерживать наезд автомобилем, невзирая на то, что сам он на 80% состоит из воды.

«Стеклоподобный гидрогель» может выглядеть как мягкое желе, на ощупь он тоже таким ощущается, но в сжатом виде он действует как небьющееся стекло, заявили разработчики из Кембриджского университета.

«Супержеле», состоящее на 80% из воды, может выдерживать наезд автомобилем.Изображение: University of Cambridge

Он формируется с использованием сети полимеров, удерживаемых вместе рядом обратимых химических взаимодействий, которые могут быть адаптированы для управления механическими свойствами геля.

Это первый случай производства мягкого материала, способного оказывать столь значительное сопротивление сжимающим силам.

Команда добавила, что супержеле может найти различные применения, от использования для создания мягкой робототехники и биоэлектроники до замены повреждённого хряща.

Учёные уже задействовали свой новый материал для создания гидрогелевого датчика давления, который, будучи помещённым под ноги, может контролировать ходьбу, стояние и прыжки.

Гидрогели представляют собой трёхмерные сети «гидрофильных» (водолюбивых) полимеров, которые набухают в воде и могут содержать большое количество жидкости, сохраняя при этом свою структуру.

Прочность и способность гидрогелей к самовосстановлению в последние годы сделали их популярным объектом исследований. Однако создание таких экземпляров, которые могут выдерживать сжатие, не будучи раздавленными, оказалось непростой задачей.

«Чтобы создавать материалы с нужными нам механическими свойствами, мы используем сшивающие агенты, в которых две молекулы соединены химической связью», — рассказал автор статьи и химик синтетических полимеров Кембриджского университета Цзехуань Хуан (Zehuan Huang).
«Мы используем обратимые сшивающие агенты для изготовления мягких и эластичных гидрогелей, но сделать твёрдый и сжимаемый гидрогель сложно, да и разработка материала с такими свойствами полностью противоречит здравому смыслу.»

Ключ к супержеле лежит в бочкообразных молекулах, называемых кукурбитурилами, которые представляют собой сшивающие молекулы, которые могут удерживать две гостевые молекулы в своей полости таким образом, что исследователи сравнивают их с наручниками.

Выбрав гостевые молекулы, которые предпочитают оставаться внутри этих наручников дольше, чем обычно, учёные смогли сохранить полимерную сеть плотно связанной и позволить ей выдерживать значительное сжатие.

«При 80-процентном содержании воды можно подумать, что он разорвётся на части, как шар с водой, но это не так: он остаётся невредимым и выдерживает прикладывание огромных сжимающих сил», — сказал автор статьи и химик-полимерщик из Кембриджского университета Орен Шерман (Oren Scherman).
«Свойства гидрогеля, по-видимому, противоречат друг другу.»
«То, как гидрогель может выдерживать сжатие, было удивительным, это не было похоже ни на что, что мы наблюдали в гидрогелях», — добавила соавтор статьи Джейд Маккьюн (Jade McCune).
«Мы также обнаружили, что прочностью на сжатие можно легко управлять, просто изменяя химическую структуру гостевой молекулы внутри наручников.»

«Супержеле», состоящее на 80% из воды, может выдерживать наезд автомобилем.Изображение: University of Cambridge

На самом деле, как объяснила команда разработчиков, применение различных гостевых молекул позволило значительно варьировать динамику получаемого материала.

«Люди потратили годы на изготовление резиноподобных гидрогелей, но это только половина картины», — сказал профессор Шерман.
«Мы пересмотрели традиционную физику полимеров и создали новый класс материалов, которые охватывают весь диапазон свойств материалов от резиноподобных до стеклообразных, завершив картину полностью.»
«Насколько нам известно, это первый раз, когда были изготовлены гидрогели, похожие на стекло», — добавил доктор Хуан.
«Мы не просто записываем что-то новое в учебники, что действительно интересно, мы открываем новую главу в области мягких материалов с высокими эксплуатационными характеристиками.»

Полные результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Materials.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев