Інженери з Державного Університету Айови отримали гумоподібний матеріал, який при скручуванні чи вигині починає тверднути і зберігати свій стан.
Поєднання рідкого металу з полімерами
Майкл Барлетт із Державного Університету Айови є спеціалістом із м’яких матеріалів. Він робить із чогось, що нагадує тканину та гуму, електроніку та механізми. Мартін Туо, який працює в Ames Laboratory, теж в Айові, відомий як людина, яка винайшла спосіб зберігати мікроскопічні краплі металів у рідкому стані.
Разом із двома своїми аспірантами вони сформували команду, перед якою постало цікаве завдання – створити матеріал, жорсткість якого зможе змінюватися за наявності у металі певних напружень. Нещодавно вони опублікували свою статтю у журналі Materials Horizons, що свідчить про успіх команди.
гумоподібний матеріал при скручуванні чи вигині здатний збільшувати свою жорсткість на 300 відсотків. Ключовим елементом цього матеріалу є мікроскопічні частки так званого металу Філдса – сплаву бісмуту, індію та олова. Однак Мартін Туо стверджує, що такі ж мікрочастинки можна отримати і з інших металів.
Мікрочастинка являє собою краплинку розплавленого металу розміром від 1 до 20 мікрометрів, яку огортають чистим киснем. Через це на поверхні металу формується плівка з оксидів, яка і запобігає переходу сплаву у твердий стан.
Далі отримані мікрочастинки вводяться до складу гумоподібного еластомеру і відливаються у форму. Зрештою утворюється матеріал, що за своїми властивостями нагадує гуму, але має незвичні властивості.
Коли напруження від вигину чи скручування невеликі, він і поводить себе як гума – м’яко та пружно відновлює форму. Але варто напруженням у матеріалі перевищити певну межу, і оболонка мікрочастинок починає розриватися, а рідкий метал виливається у простір довкола, швидко переходячи у тверду форму.
Розумний матеріал
Якщо стрічку з нового матеріалу скрутити достатньо сильно, то вона так і залишиться у скрученому стані. Водночас, після твердіння вона здатна витримати напруження від ваги, що у 50 разів перевищує її власну.
Що ж до галузі застосування нового матеріалу, то самі дослідники бачать його, перш за все, як матеріал для медицини та промислового виробництва. У медицині новий розумний матеріал може стати в нагоді під час відновлення м’яких тканин, які потребують одночасно делікатного ставлення до себе і надійного захисту від непередбачуваних ривків. У виробництві матеріали зі змінною жорсткістю можуть знадобитися для підвищення безпеки цінних датчиків та у робототехніці.
Цікавим є застосування описаних матеріалів у перспективній галузі пристроїв, які можна носити як одяг. Розумна гума може знайти своє застосування у безпекових механізмах на транспорті. Там є велика потреба у виробах, які забезпечують приємну пружність, коли на них сидить пасажир, але які не розлітаються на травмонебезпечні уламки під час аварій.
Materials Horizons (2018), doi: 10.1039/C8MH00032H; Scientific Reports
