Он как Т-1000 из «Терминатора-2» — легко меняет и восстанавливает форму
Плотно спрессованный клубок канцелярских скобок может быть удивительно прочным. Попробуйте разорвать его, и запутанные между собой скобы будут сопротивляться, как твердый предмет. Но при правильном движении или вибрации этот комок быстро рассыплется на отдельные части.
Группу инженеров и материаловедов из Университета Колорадо в Боулдере, статья которых опубликована в Journal of Applied Physics, это необычное сочетание прочности и гибкости вдохновило на создание нового класса материалов, построенных на основе взаимосвязанных частиц, которые имитируют способ соединения и разъединения канцелярских скобок.
Эффект, при котором множество частиц переплетаются друг с другом, образуя связь, исследователи называют «запутанностью». Это не новая концепция. На самом деле, природа полна примеров объектов или материалов, которые переплетаются и сцепляются друг с другом, создавая прочные структуры. Вспомните гигантское птичье гнездо на дереве, сделанное из переплетенных веточек и волокон, или взаимодействие твердых минералов и мягких белков в ваших костях.
Чтобы воссоздать подобную естественную запутанность в искусственных материалах, важна форма частиц, пришли к выводу исследователи.
Тесты показали, что наибольшим потенциалом для запутывания обладает «двуногая» частица, по форме похожая на канцелярскую скобку. Исследователи также обнаружили еще несколько неожиданных преимуществ материала из таких запутанных «скобок».
-
Первое из них — сочетание прочности на разрыв и ударной вязкости. Такую комбинацию, по словам ученых, редко удается наблюдать у обычных материалов.
-
Второе преимущество — уникальная способность быстро собираться и так же быстро распадаться. Применяя к материалу различные вибрационные сценарии, команда смогла изменять степень спутывания частиц по требованию. Например, легкая вибрация приводит к лучшему сцеплению частиц и укреплению материала, в то время как более сильная вибрация приводит к их полному распутыванию.
«Это странный материал, потому что он явно не жидкость, однако он не совсем твердый. Это открывает новые, интригующие инженерные возможности», — отметил один из авторов исследования, профессор Франсуа Бартела.
Одна из таких возможностей связана с возобновляемыми ресурсами. Исследователи предположили, что в будущем большие здания и сооружения, такие как мосты, можно будет проектировать с использованием таких запутанных материалов. Это позволит разбирать их, когда они больше не нужны, или даже полностью перерабатывать.
Не исключено также, что запутанные материалы найдут применение в роботизированных системах, подобных тем, что изображают в научно-фантастических фильмах.
«Что-то вроде жидкометаллического Т-1000 из „Терминатора 2“, который может менять форму, чтобы проскользнуть под дверью, а затем снова превратиться в человека с другой стороны».
Франсуа Бартела
профессор Колледжа инженерии и прикладных наук Университета Колорадо в Боулдере
На данный момент команда сосредоточена на разработке следующего этапа своего исследования. Ученые тестируют новую форму частиц с дополнительными выступающими «ножками». Эти частицы похожи на растительные колючки, которые намертво прилипают к вашей обуви или одежде. По мнению исследователей, такая форма позволит частицам еще более прочно спутываться друг с другом.
А шведские инженеры недавно создали гольде́н — материал из золота толщиной в 1 атом, и вот чем он хорош.
