Пластик может быть твердым, пластик может быть мягким, но может ли он быть и мягким, и твердым одновременно? Ученые из University of Texas at Austin изучили этот вопрос и создали первый в своем роде материал, который в одном случае был мягким и гибким, а в другом жестким и твёрдым. По мнению разработчиков, такая пластмасса в один прекрасный день может найти применение в гибкой электронике и производстве роботов.
Ученые разработали материал, похожий на пластик, с различными физическими свойствами в разных участках. University of Texas at Austin
При разработке нового материала ученые черпали вдохновение в природных материалах, которые могут быть жесткими в одних местах и мягкими и растяжимыми в других. Кожа, мышцы, древесина и моллюски — вот несколько из множества примеров, которые изучала команда. Однако теория это одно, а вот создать на практике синтетические версии, сочетающие прочность и гибкость, довольно сложно. Более ранние подходы предлагали использовать комбинации или смеси различных материалов. Но, как правило, такие решения имели массу недостатков, а иногда готовый продукт просто разваливался.
Теперь исследователи утверждают, что им удалось совершить прорыв в этой области материаловедения, создав новый тип материала, похожего на пластик. В качестве исходного материала химики использовали мономеры - небольшие молекулы, которые соединяются вместе и образуют полимеры. В данном случае полимеры были очень похожи на те, что встречаются в обычно используемом пластике, за исключением пары нюансов.
После тестирования множества кандидатов ученые нашли катализатор, который удалось интегрировать в мономеры, заставив их реагировать на видимый свет, излучаемый синим светодиодом. В результате образовался полукристаллический полимер, схожий по свойствам с резиной, образовав одновременно твердый и жесткий материал. Дело в том, что участки, не подвергавшиеся воздействию света, оставались мягкими и растяжимыми.
"Это первый материал такого типа", — рассказывает Захария Пейдж, доцент кафедры химии и автор-корреспондент статьи. "Возможность контролировать кристаллизацию и, следовательно, физические свойства материала с помощью света потенциально может быть использована для создания носимой электроники или исполнительных механизмов в мягкой робототехнике".
Как утверждают разработчики, новый полимер в 10 раз прочнее натурального каучука, но при этом в разных участках обладает различными физическими свойствами. Эксперты считают, что их разработка может найти широкое применение. Новый материал может быть использован для изготовления электронных компонентов в носимой технике или медицинских устройствах, а также для повышения прочности и гибкости роботов.
"Мы с нетерпением ждем возможности изучить методы применения этой технологии для создания 3D-объектов, содержащих как твердые, так и мягкие компоненты", — добавил руководитель проекта Адриан Рыльски.
Результаты данного эксперимента были представлены в международном издании Science.
Sources: University of Texas at Austin, journal Science.
1. (https://www.science.org/doi/10.1126/science.add6975)
2. (https://newatlas.com/materials/light-activated-smart-plastic-soft-spots/)
3. (https://news.utexas.edu/2022/10/13/smart-plastic-material-is-step-forward-toward-soft-flexible-robotics-and-electronics/)
