Материалы, которые могут менять свои свойства в ответ на воздействие извне, имеют большую ценность для многих сфер применения. Новый пример такой технологии показали ученые из Сингапурского технологического университета Наньян и Калифорнийского технологического института в США.
Ими была создана легкая и прочная "ткань", составленная из звеньев по типу кольчужной брони. Благодаря такому соединению элементов, ткань может быстро превращаться из гибкой в твердую.
Ученые описывают свою ткань как "пригодную для носки структурированную ткань".
Ее способность к затвердеванию проще всего сравнить с тем, как вакуумный пакет, в который предварительно насыпали рис или молотый кофе, может затвердеть в камень, если из пакета забрать весь воздух, не оставив между зернышками просветов, отмечают сингапурские исследователи. Их американские коллеги добавляют, что в основе свойств "ткани" лежит способность ее эластичных элементов заклинивать друг друга при тесном контакте.
Изобретателей на эту разработку вдохновил плащ Бэтмена, который мог превращаться в твердый планер.
Ткань из элементов в форме "скелета" октаэдра, соединенных по типу кольчуги, была напечатана на 3D-принтере из нейлона. Печаталась она сразу одним полотном.
Ученые на ее примере исследовали, как структурированные, но полые элементы можно соединить друг с другом, чтобы сформировать из них полотно с жесткостью, которую можно менять по мере необходимости.
"Вдохновленные древними кольчужными доспехами, мы использовали пластиковые полые элементы, которые сцеплены друг с другом, чтобы усилить жесткость нашей управляемой ткани", – объясняет автор исследования Ван Ифань (Wang Yifan).
Полотно затем помещали в пластиковый пакет и уплотняли с помощью вакуума (устройство высасывает из пакета весь воздух). Это увеличивало плотность упаковки материала, подтягивая элементы полотна друг к другу и увеличивая количество точек соприкосновения между ними. В результате структура становилась в 25 раз более жесткой.
После преобразования такая "ткань" способна удерживать нагрузку весом 1,5 кг, что в 50 раз превышает ее собственный вес.
В другом эксперименте для проверки прочности полученного полотна небольшой стальной шарик сначала роняли на ткань, когда она была в "расслабленном", гибком состоянии. Ткань в итоге прогнулась из-за падения на неё шарика на 26 миллиметров. Затем шарик роняли на полотно в "затвердевшем" состоянии (элементы ткани заставили заклинить друг друга даже без вакуумной упаковки), и тогда шарик смог прогнуть ставшее жестким полотно только на 3 мм.
Затем ученые напечатали на 3D-принтере версию своего кольчужного полотна из алюминия. По мягкости алюминиевая нить сравнима с нейлоном. Но полотно из алюминия оказалось намного жестче нейлонового из-за большей прочности алюминия по сравнению с нейлоном.
Для герметизации нейлонового полотна, как мы уже сказали, использовался пластиковый вакуумный пакет. А для алюминиевой версии изобретатели собираются создать "одеяние" из кевлара, чтобы сформировать таким образом защитную ткань для пуленепробиваемых жилетов.
Другие потенциальные приложения обеих версий твердеющего под воздействием кольчужного полотна включают экзоскелеты, которые меняют жесткость по мере выздоровления пациента, и даже мосты, которые можно будет развернуть для быстрой переправы.
Сейчас команда работает над улучшением характеристик материала и исследует новые способы его укрепления, включая магнетизм, температуру и электричество.
Статья о кольчужной ткани была опубликована в журнале Nature.
Ранее мы рассказывали о создании самого прочного в мире стекла, которое царапает алмаз и проводит электричество. Также химики создавали наноленты, которые оказались прочнее стали. Кроме того, мы писали про удивительную броню муравьев-огородников и самый прочный биоматериал в мире.
Больше интересных новостей науки и технологий вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
