Технологія створення мікровузлів з нановолокон збільшує міцність матеріалів. Розробка описана в журналі Science Advances.
Інженери Каліфорнійського технологічного інституту розробили матеріали, що складаються з безлічі взаємопов’язаних мікровузлів. Нова структура поглинає більше енергії і здатна більше деформуватися, але при цьому матеріал повертається до своєї первісної форми без пошкоджень. Розробка підійде для біомедицини та аерокосмічної промисловості.
Структура матеріалу з ієрархічною решіткою у формі октаедра, де кожна елементарна комірка складається з трьох ромбів. Ромб утворений двома вузлуватими волокнами, пофарбованими в різні кольори. Зображення: Widianto P. Moestopo et al., Science Advances
Структура полімерного матеріалу являє собою мережі з нановолокон, пов’язаних у вузли. Радіус такої нитки становить всього 1,7 мкм (приблизно в 100 разів тонше людської волосини), а товщина вузла — 70 мкм. Вузли не були зав’язані, а були виготовлені в зав’язаному стані з використанням передової тривимірної літографії високої роздільної здатності, здатної створювати структури в наномасштабі.
Вузлові матеріали, створені з полімерів, мають міцність на розтяг, яка набагато перевершує класичні матеріали. Дослідження зразків показало, що в порівнянні з класичними аналогами матеріали з вузлами поглинають на 92% більше енергії і вимагають в два рази більше зусилля, щоб зламатися при натягу.
Тестування міцності при розтягуванні ниток, пов’язаних вузлом (зліва) і переплетених (праворуч). Зображення: Caltech
У своєму дослідженні інженери представили технологію друку матеріалів з декількох простих видів вузлів. Наприклад, вузол з додатковим поворотом забезпечує тертя для поглинання додаткової енергії при розтягуванні матеріалу. У майбутньому вчені планує досліджувати матеріали, що складаються з більш складних вузлів.