Ми звикли, що з часом матеріали стають слабшими, особливо якщо мова йде про каркаси і кріплення. Однак новий гель стає тільки міцніше під впливом зовнішніх вібрацій і стресу – цей винахід може перевернути звичний всім підхід до будівництва.
За словами Аарона Ессер-Кана, який очолив дослідницьку групу, новий винахід – це “перший випадок, коли завдяки механічній вібрації матеріал не втрачає міцність, але стає лише міцніше”.
Частиною натхнення для Ессер-Кана і його команди послужила здатність людських кісток адаптуватися до щоденних механічних навантажень. Не менш важливу роль також зіграв так званий п’єзоелектричний ефект. Він стосується пристроїв і матеріалів, які можуть сприймати механічне напруження і вібрацію і перетворювати їх в електричний заряд. Ми бачили, як цю технологію можна інтегрувати у взуття, дороги та клавіатури ноутбуків, але команда UC описує цю конкретну програму як першу у своєму роді.
Дослідники почали з ідеї, що заряд, вироблений п’єзоелектричним ефектом, може бути використаний для запуску в матеріалі реакції, що підвищує його міцність. Тому вони почали експериментувати з різними хімічними складами, намагаючись отримати гель з правильними властивостями. Попрацювавши над десятками сумішей, команда врешті-решт знайшла переможця, який був полімерним гелем із сумішшю так званих тіоленових реакторів та п’єзоелектричних частинок оксиду цинку.
Цей матеріал може бути посилений вібрацією через частинки, які передають енергію та ініціюють тіоленову реакцію, що призводить до створення нових поперечних зв’язків у матеріалі. У ході випробувань команда перетворила м’який гель на матеріал з жорсткістю, близькою до жорсткості внутрішньої частини кістки, що в 66 разів перевищує його власну міцність – всього лише піддавши його вібрації. Цікаво, що найсильніше матеріал зміцнився в тих місцях, де він піддавався найбільшому навантаженні.
Команда бачить багато можливостей застосування своєї розробки наприклад – для побудови будівель, які стають міцнішими з віком, або для створення медичних імплантатів, які більш ефективно взаємодіють з організмом. Однією зі справді перспективних областей є клеї, такі як ті, що використовуються в аерокосмічній техніці для з’єднання різних матеріалів.