Исследователи создали самоукрепляющийся нанокомпозит

Исследователи из университета Райса создали синтетический материал, который становится прочней от повторяющихся нагрузок, подобно тому, как в биологическом теле укрепляются кости и мышцы в ходе неоднократных тренировок.

Работа Пуликеля Аджаяна, профессора машиностроения, материаловедения и химии, показывает возможности полимерных нанокомпозитов с вставками углеродных нанотрубок. Команда сообщила о своем открытии в журнале ACS Nano за этот месяц.

Хитрость здесь состоит, по-видимому, в сложном, динамичном взаимодействии между наноструктурами и полемерами в тщательно спроектированных нанокомпозитных материалах.

Брент Кери, последипломный студент из лаборатории Аджаяна, обнаружил это интересное свойство, когда тестировал усталостные свойства созданного им композита, состоящего из нанотрубок и полидиметилсилоксана (ПДМС), инертного, резиноподобного полимера. К его удивлению, повторяющаяся нагрузка на материал, не только не повредила его, но и сделала плотней.

Кэри, чье исследование было проведено на стипендию от НАСА, обнаружил, что после внушительных 3.5 миллионов сжатий, (пять в секунду) в течении недели, прочность композита увеличилась на 12 процентов, при этом демонстрируя потенциал для дальнейшего улучшения.

Команда не может с уверенностью сказать, почему их синтетический материал ведет себя подобным образом. "На данный момент, мы откинули версию о дальнейшем образовании поперечных связей в полимере", - сказал Кэри. "Анализ показывает, что между полимером и нанотрубками очень малая химическая связь, если вообще есть, и похоже, что эти подвижные связи развиваются под воздействием стресса".

Они также обнаружили еще одну особенность этого уникального феномена: простое сжатие материала не изменяло его свойств. Только динамичный стресс - деформация снова и снова - делала его прочней.

Кэри сравнил их материал с костями. "Пока вы регулярно подвергаете стрессу кости в теле, они останутся крепкими", - сказал он. "К примеру, кости в той руке теннесиста, в которой он держит ракетку, крепче. По сути, это адаптивный механизм, который наше тело использует для того, чтобы противостоять нагрузкам".

"Наш материал схож в том смысле, что статичная нагрузка не вызывает изменений. Необходима динамичная нагрузка, чтобы изменить его свойства".

Хрящи могут служить еще лучшим аналогом - и могут даже оказаться будущим кандидатом на замену данным нанокомпозитом. "Понятно, почему такие свойства привлекательны для применения в искусственных хрящах, которые реагируют на нагрузки, которым они подвергаются, при этом оставаясь эластичными в тех местах, которые не подвергаются нагрузкам", - сказал Кэри.

Оригинал (на англ. языке): Physorg

• Умные часы завышают расход калорий: учёные проверили четыре популярные модели
• Учёные обнаружили, что сверхтонкие алмазные мембраны способны вырабатывать электричество
• Учёные разработали жевательную резинку, которая может снижать уровень HPV и опасных бактерий во рту
• Ученые расплавили алмаз при давлении выше, чем в недрах Нептуна
• Учёные превратили спутники Starlink в гигантский сканер верхних слоёв атмосферы
• Новый катализатор позволит сократить расход платины в водородных топливных элементах на 75%
• Управляемые микротрещины помогли создать сверхмалые пиксели из квантовых точек
• Сверхбыстрые рентгеновские импульсы позволили увидеть химические реакции на уровне отдельных атомов