Ученые создали новые материалы, которые очень эластичны и чрезвычайно прочны.
«Материалы, которые можно деформировать, но которые трудно сломать или порвать, желательны», — говорит Майкл Дики, соавтор статьи о работе и профессор химической и биомолекулярной инженерии Камиллы и Генри Дрейфус в штате Северная Каролина. Университет. «Природа хороша в этом; подумайте о хрящах в качестве примера. Но разработка синтетических материалов с такими свойствами была сложной задачей, что делает нашу работу здесь интересной».
Новые материалы относятся к более широкой категории ионогелей, которые представляют собой полимерные сетки, содержащие соли, жидкие при комнатной температуре. Эти соли называются ионными жидкостями .
Дики и его сотрудники создали ионогели, которые почти на 70% состоят из жидкости, но обладают замечательными механическими свойствами. А именно, они прочные — это означает, что они могут рассеивать много энергии, когда вы их деформируете, из-за чего их очень трудно сломать. Их также легко изготовить, легко обрабатывать, и вы можете распечатать их на 3D-принтере.
«Гидрогели, представляющие собой полимерные сети, содержащие воду, довольно распространены», — говорит Дики. «Например, контактные линзы — это гидрогели. Но ионогели имеют некоторые преимущества перед гидрогелями. Ионные жидкости не испаряются, как вода, поэтому вам не нужно беспокоиться о высыхании ионогелей. Ионогели также электрически и термически стабильны и проводят электричество. что ж, открываются интересные возможности для будущих приложений».
Чтобы сделать новые ионогели, исследователи начали с мономеров полиакриловой кислоты (используемой в детских подгузниках) и полиакриламида (используемой в контактных линзах) и сополимеризовали их в растворе ионной жидкости с использованием ультрафиолетового света . Другими словами, они взяли ингредиенты для полиакриловой кислоты и полиакриламида, поместили их в ионную жидкость и пролили свет на это, чтобы создать сополимер, который включает в себя как мономеры, так и саму ионную жидкость.
«Конечный результат значительно лучше, чем в среднем для двух материалов», — говорит Дики. «Это все равно, что сложить 1+1 и получить 10. Полученный гель обладает растяжимостью полиакриловой кислоты и даже прочнее, чем полиакриламид. С точки зрения прочности он лучше, чем хрящ. различные приложения».
Кроме того, ионогели, созданные командой Дики, также обладают свойствами самовосстановления и памяти формы. Вы можете склеить два куска ионогеля вместе, подвергнуть их воздействию тепла, и они восстановят прочную связь. Точно так же вы можете временно деформировать ионогель в новую форму, но он вернется к своей первоначальной форме при воздействии тепла. Количество необходимого тепла зависит от того, насколько быстро вы хотите, чтобы материал «зажил» или вернулся к своей нормальной форме. При воздействии температуры 60 градусов по Цельсию действия занимают всего десятки секунд.
«Мы очень рады, что создали что-то с действительно замечательными свойствами, которые можно сделать очень легко — достаточно просто пролить свет на это — с использованием широко доступных полимеров», — говорит Дики. «И вы можете адаптировать свойства ионогеля, контролируя соотношение ингредиентов в процессе сополимеризации.
«Мы уже работаем с одним отраслевым партнером и готовы работать с другими над разработкой приложений для этого нового вида ионогеля».
Статья «Жесткие и эластичные ионогели путем разделения фаз in situ» готовится к публикации в Nature Materials.
Теги: полимеры
