Группа ученых под руководством Андре Штударта (Andre Studart)
из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе (Швейцария) создала
принципиально новый тип композитного материала с переменной
эластичностью, изучая физические свойства различных комбинаций
органического полимера полиуретана и разных композитных наполнителей.
Как объясняют ученые, в природе существует множество композитных
материалов, чья эластичность и прочность может сильно различаться
для разных участков одного и того же органа. В частности, к числу таких
органов относятся зубы и ткань, соединяющая связки с костями. По их
словам, эластичность разных частей зубов и соединительной ткани может
различаться в 2-3 раза благодаря разнице в плотности и структуре
наполнителя между волокнами биополимера-коллагена.
Штударт и его коллеги попытались повторить эту структуру, используя
полиуретан в качестве аналога коллагена и наночастицы, в том числе
пластиковые шарики и алюминиевые микродиски, в качестве наполнителя.
Для экспериментов ученые изготовили множество
тонких пленок из полиуретана с различной эластичностью и прочностью,
меняя тип наполнителя и его концентрацию внутри полимерного "желе".
Затем физики склеили часть пленок и получили несколько наборов
композитных "плиток", отличавшихся высокой эластичностью или же высокой
механической прочностью.
По словам ученых, подобные фрагменты могут быть тверже, чем зубная
эмаль, или же мягче и эластичнее, чем кожа, в зависимости от набора
компонентов. Данные "плитки" можно склеивать между собой при помощи
растворителя, получая материал, эластичность и прочность отдельных
частей которого будет сильно различаться.
Как считают Штударт и его коллеги, подобные материалы могут
использоваться при изготовлении гибкой электроники, требующей защиты
хрупких компонентов от растягивания. Для демонстрации такой возможности
ученые изготовили гибкую повязку с интегрированным светодиодом, который
не разрушался даже при растягивании повязки в три раза.
Кроме того, подобные композитные материалы могут применяться и для
других целей. Авторы статьи полагают, что их технологию можно применить
для разработки протезов конечностей, искусственных связок
и синтетических зубов, не уступающих по своим качествам их естественным
аналогам.
|