Разработан новый прочный и эластичный полимер
Инженеры из Университета штата Северная Каролина (США) разработали новый полимерный материал, который одновременно и прочный, и эластичный. Он относится к классу ионогелей. Статья о проделанной работе опубликована в журнале Nature Materials.
Сейчас довольно широко используются гидрогели — полимерные сетки, которые содержат воду. Так, например, контактные линзы представляют собой гидрогели. Однако также существуют ионогели — полимерные сетки, содержащие соли. При комнатной температуре ионогели находятся в жидком состоянии. Ионогели имеют ряд преимуществ перед гидрогелями. Ионные жидкости (соли) не испаряются, в отличие от воды, поэтому ионогели не подвержены высыханию. Ионогели термически и электрически стабильны. Они проводят электричество, что открывает ряд возможностей для их применения.
Для получения нового ионогеля ученые использовали в качестве мономеров полиакриловую кислоту и полиакриламид. Они поместили мономеры в ионную жидкость и воздействовали на реакционную среду ультрафиолетом. В результате этого получился сополимер — ионогель. Он практически на 70% состоит из жидкости и обладает уникальными механическими свойствами. Новый ионогель довольно прочен — при деформации материала происходит диссипация (рассеяние) большого количества энергии, из-за чего материал тяжело сломать. Также материал отличается простотой синтеза. Его даже можно создавать на 3D-принтерах.
Новый ионогель также способен удерживать форму и восстанавливать ее. Например, можно соединить два куска ионогеля и нагреть их, после чего они крепко соединятся вместе. Таким же образом можно придать ионогелю на некоторое время новую форму — а потом снова нагреть его до высоких температур, и он вернется в исходную форму. Количество тепла, которое для этого нужно, зависит от того, насколько быстро материал должен вернуться в исходную форму. При температуре 60°С для этого требуется всего несколько десятков секунд.
«Конечный результат гораздо лучше, чем просто "арифметическое среднее" двух материалов. Как если бы мы сложили 1+1 и получили 10. Получившийся гель обладает растяжимостью полиакриловой кислоты и более прочен, чем полиакриламид. Что касается прочности, по этому показателю гель даже лучше хрящевой ткани. А разница между ионо- и гидрогелями дает им преимущества для применения в разных областях», – поделился Майкл Дики, соавтор работы.