Невероятный материал: новый гель робототехники и электроники растянулся до 4600%
Тайваньские исследователи разработали эластичный гель, который одновременно выдерживает высокие нагрузки, самих и изменяет свой цвет при растяжении или нагревании. В лабораторных испытаниях материал растягивается 46 раз, восстанавливая при комнатной температуре. Новый гель может найти применение в носимых устройствах, мягкой робототехнике, искусственной коже, биомедицинских имплантатах и устойчивости к повреждению.
Большинство мягких или упругих материалов либо хорошо растягиваются, но их легко разорвать, либо остаются здоровыми, но не способны к себе и не реагируют на нагрузки. Новый гель смог комбинировать в одном материале как силу, способность к себе, так и сенсорные свойства. Секрет заключается в сложной молекулярной структуре.
Ученые использовали Rotaxani — кольцевые молекулы, которые скользят в полоски, соединенные в цепях, которые могут расширяться и уменьшаться, как пружины. Они добавили флуоресцентный элемент под названием DPAC, который меняет цвет, когда его подвижность ограничена растяжением или изгибом. Когда гель растягивается, связанные молекулы, химически соединенные в полиуретановом геле, смещены. Это ограничивает движение DPAC и приводит к заметному изменению цвета — от оранжевого до синего при воздействии ультрафиолетового света.
Гель усиливается нанокристаллами целлюлозы, которые помогают самодостатовать, когда они образуют обратимые водородные связи по всей сети. Поскольку скользящие молекулы встроены в гелевую структуру, их движение напрямую связано с его растяжением.
В лабораторных испытаниях гель показал невероятные свойства: он может растягивать до 46 раз без повреждения (приблизительно 4600% деформация), а материал составляет 142 мДж/м³-2,6 раза выше, чем у обычного геля без этих молекул. Изменение цвета позволяет визуально мониторинг распределения напряжения.
Материал демонстрирует двойной сенсорный эффект: цвет меняется как при деформировании, так и при нагревании. При повреждении гель способен самостоятельно переходить при комнатной температуре в течение нескольких часов и при небольшом нагревании даже быстрее.
