Гели и стекла находятся на противоположных концах спектра материалов, но инженеры Университета штата Северная Каролина (NCSU) разработали новый класс под названием «стеклянные гели», которые являются одновременно прочными и гибкими, а также липкими и самоклеящимися. -исцеление.
Стекловидные полимеры — это пластмассы, созданные для того, чтобы иметь свойства, подобные стеклу — они прочные, твердые и жесткие, но также обычно хрупкие, ломающиеся, если вы пытаетесь согнуть или растянуть их. Гели, с другой стороны, мягкие и гибкие, но также и слабые. Команда NCSU теперь разработала новый материал, который сочетает в себе лучшее из обоих миров.
«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», – сказал Майкл. Дикки, автор исследования. «Более того, как только материал растянется, вы можете вернуть ему первоначальную форму, применив тепло. Кроме того, поверхность стеклообразных гелей обладает высокой адгезией, что необычно для твердых материалов».
Чтобы создать стеклообразные гели, команда объединила жидкие молекулы-предшественники стеклообразных полимеров с ионной жидкостью. Затем смесь выливают в форму и подвергают воздействию ультрафиолетового излучения для ее отверждения, прежде чем вынимают из формы. Эта ионная жидкость действует как растворитель, что придает материалу свойства стекол и гелей.
«Обычно, когда вы добавляете растворитель в полимер, растворитель раздвигает полимерные цепи, делая полимер мягким и растягивающимся», — сказал Дики. «В стеклообразных гелях растворитель раздвигает молекулярные цепи полимера, что позволяет ему растягиваться, как геле. Однако ионы растворителя сильно притягиваются к полимеру, что препятствует движению полимерных цепей. Неспособность цепей двигаться делает его стекловидным. Конечным результатом является то, что материал становится твердым из-за сил притяжения, но все же способен растягиваться из-за дополнительного пространства».
Несмотря на то, что они содержат более 54% жидкости по весу, эти стекловидные Было обнаружено, что гели имеют прочность на излом 42 МПа, ударную вязкость 110 МДж м-3, предел текучести 73 МПа и модуль Юнга 1 ГПа. По словам команды, эти характеристики аналогичны термопластам, таким как полиэтилен, но в отличие от этих материалов их можно растягивать в пять раз по сравнению с первоначальной длиной.
Образец нового класса материалов, называемых стекловидным гелемМэйсян Ван
Другие преимущества стеклообразных гелей включают их способность самовосстанавливаться и возвращаться к своей первоначальной форме при небольшом нагревании. Высокое содержание жидкости также делает их более эффективными электрическими проводниками, и они имеют клейкую поверхность по причинам, которые не совсем ясны команде. Самое полезное то, что эти стекловидные гели довольно легко изготовить.
«Создание стеклообразных гелей — это простой процесс, который можно выполнить путем отверждения в любой форме или путем 3D-печати», — сказал Дики. . «Большинство пластмасс со схожими механическими свойствами требуют, чтобы производители создавали полимер в качестве сырья, а затем транспортировали этот полимер на другое предприятие, где полимер плавится и превращается в конечный продукт».
Пока исследователи этого не делают. Они не уверены, какое применение могут иметь эти стекловидные гели, но с таким интригующим списком свойств они полагают, что новый материал в конечном итоге может оказаться очень полезным.
Исследование было опубликовано в журнале Nature. Команда демонстрирует стеклянные гели на видео ниже.
Стеклообразные гели, закаленные растворителем
