26.11.2021, 19:44
Новый гидрогель, описываемый как «супержеле», обладает уникальной внутренней структурой, подобной молекулярным «наручникам», которая реагирует на сжатие, переходя в стеклоподобное состояние и становясь крайне твердым.
Ученые Кембриджского университета разработали новый тип мягкого материала, способного выдерживать огромные нагрузки
Гидрогели представляют большой интерес для материаловедов. Высокое содержание воды делает их пригодными для использования в организме человека и придает им эластичные и самовосстанавливающиеся свойства, которые можно использовать в робототехнике, современных контактных линзах, искусственных тканях и заживлении ран. Авторы нового исследования стремились расширить эти возможности, изменив основную молекулярную структуру вещества.
«Чтобы создать материалы с желаемыми механическими свойствами, мы используем сшивающие агенты, в которых две молекулы соединены химической связью, − рассказал д-р Цзехуан Хуанг, первый автор исследования. «Мы используем обратимые сшивающие агенты для изготовления мягких и эластичных гидрогелей, но сделать твердый и сжимаемый гидрогель сложно, а создание материала с такими свойствами совершенно нелогично».
Чтобы добиться этого, ученые обратились к бочкообразным молекулам, называемым кукурбитурилами, которые «сковывают наручниками» пары других молекул внутри своей полости. Затем они использовали молекулы, специально предназначенные для того, чтобы оставаться внутри этой полости дольше, чем обычно, что сделало связь особо прочной и позволило ей изменяться от резиноподобного состояния до состояния, напоминающего сверхтвердое, небьющееся стекло.
По словам команды, это позволяет «супержеле» выдерживать нагрузку, эквивалентную той, которую окажет стоящий на куске материала слон. Поскольку под рукой не было слонов, команда провела испытание своего изобретения, проехав по нему в машине и продемонстрировав, как «желе» сначала твердеет, а затем возвращается к своей первоначальной форме.
«При 80% содержании воды можно подумать, что оно разорвется на части, как воздушный шар, но это не так: материал остается неповрежденным и выдерживает огромные сжимающие силы», − заявил профессор Орен А. Шерман, руководивший исследованием. «Свойства гидрогеля кажутся противоречащими друг другу».
Ученые также использовали новый материал, чтобы сделать датчик давления для движений человека. В настоящее время они продолжают разрабатывать материал с целью адаптации его для биомедицинских приложений, таких как замена хряща и, возможно, мягкая робототехника.
