Правило виживання свідчить, що виживають найсильніші, але вчені з Університету Піттсбурга виявили, що тендітні самовідновлювальні матеріали іноді мають набагато більше шансів витримати екстремальні нагрузкі.Команда вчених опублікувала в виданні Langmuir нову модель самовідвновлюване матеріалу з нанорозмірних гелевих частинок. Він може використовуватися в якості покриття або композитного матеріалу. Дослідники також виявили, що ідеальну кількість слабких зв'язків може створити надміцний матеріал, здатний перенести великі навантаження.

Незважаючи на те, що регенеруючі наногелі вже створюються в лабораторіях, точна природа їх механічних властивостей і оптимальна структура залишаються загадкою. Американським вченим вперше вдалося описати процес відновлення наногеля і створити основу для розробки більш досконалої структури таких матеріалов.Частіци наногеля мають міцні зв'язки, що зберігають загальну міцність матеріалу, і лабільні (рухливі, нестійкі) зв'язку, які володіють високою реакційною активністю і дозволяють матеріалу легко змінювати форму . Команда вчених працювала з наногелем Крістофа Матияшевского (Krzysztof Matyjaszewski), самовідновлюється матеріалом, що складається з губчастих мікроскопічних полімерних частинок, пов'язаних один з одним кількома зв'язками, схожими на щупальця. Комп'ютерна модель дозволила дослідникам протестувати ефективність різних механізмів зв'язку. Частинки полімерів були вперше розташовані аналогічно часткам наногеля і пов'язані один з одним однією сильною зв'язком-щупальцем.

Імітація навантажень, проте, показала, що і така конструкція (з одного міцнішим зв'язком) дозволяє пережити короткочасну велике навантаження, вона не може протистояти розтягуванню. Вчені виявили, що при приєднанні декількох паралельних зв'язків наногель зміг поглинати більше навантажень і самовідновлюватися.

У процесі пошуку найбільш ефективної конструкції вчені сконструювали наногель з декількома паралельними лабільними зв'язками. Згідно розрахункової моделі, навіть невелика кількість лабільних зв'язків дозволило створити матеріал з дуже високою стійкістю до зовнішніх впливів

Так, зразок, в якому тільки 30% зв'язків є паралельними лабільними зв'язками по 4 шт. може витримати тиск на 200% більше, ніж зразок, який має тільки стабільні зв'язки.

З іншого боку, занадто велика кількість лабільних зв'язків робить матеріал дуже тендітним і позбавляє його здатності до самовідновлення.

Змодельована вченими конструкція зустрічається і в природі – так влаштована раковина молюска галіотіса. Вона являє собою набір мікроскопічних керамічнопластин, скріплених невеликою кількістю м'якого білка, завдяки чому добре поглинає силу удару. Подібні матеріали дуже затребувані в створенні різних конструкцій від бронежилетів до обшивки космічних кораблів.

За матеріалами: cnews.ru

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?