SciAdv: ученые нашли способ создания жестких, но эластичных полимеров

Американские ученые из Виргинского университета сделали важный шаг вперед в области полимерных материалов, разработав новый полимерный дизайн, который решает ключевую проблему, стоящую перед производством синтетических материалов. Исследование этой инновации было опубликовано в научном журнале Science Advances (SciAdv).

Доцент Лихэн Цай, один из авторов открытия, отметил: «Мы решаем фундаментальную задачу, которая считалась неразрешимой с момента изобретения вулканизированной резины в 1839 году». При этом предыдущие попытки создания материалов с одновременно высокой жесткостью и растяжимостью оказывались неудачными.

В 1839 году американский изобретатель Чарльз Гудиер случайно открыл метод вулканизации, который кардинально изменил подход к производству резины. Применяя нагревание каучука с добавлением серы, Гудиер добился создания прочного и эластичного материала благодаря формированию химических связей между молекулами. Это открытие стало основой для множества современных синтетических материалов, но с тех пор учёные столкнулись с одним из основных ограничений: повышая жесткость, невозможно было сохранить растяжимость — и наоборот.

Проблема двойного назначения становилась особенно актуальной в медицинской сфере, где, например, сложно было создать сердечные импланты, которые должным образом сочетали бы мягкость и долговечность. В рамках нового исследования команда ученых из Виргинского университета изменила структуру полимерных цепей, придав им уникальную форму, напоминающую ершик для мытья бутылок. Это решение позволяет создавать гибкие боковые ответвления, отходящие от центральной оси, которые в итоге улучшают функциональные характеристики материала.

Ось нового полимера способна как сжиматься, так и расширяться, подобно мехам аккордеона. Когда материал подвергается растяжению, скрытая длина внутри полимера позволяет ему удлиняться до 40 раз по сравнению с обычными полимерными составами, не теряя при этом своей прочности. В то же время боковые цепи полимера определяют его жесткость, что даёт возможность контролировать эти два параметра независимо друг от друга.

Согласно прогнозам исследовательской группы, новый материал имеет огромный потенциал для применения в медицине, включая протезирование и разработки медицинских устройств. Он также может быть использован в области усовершенствованной носимой электроники и в качестве «мышц» для мягких роботизированных систем, которые требуют многократного сгибания, растягивания и изгибания.

Ранее «ЭкоПравда» информировала о том, что полосатые суслики способны отключать чувство голода и жажды на полгода.