По словам ученых, эта технология открывает возможности для создания метаматериалов с уникальными свойствами, которые могут быть использованы в производстве прочных и гибких конструкций из металла или керамики.
Метаматериалы — это синтетические материалы с микроскопическими структурами, которые придают всему материалу исключительные свойства. Большое внимание уделялось разработке метаматериалов, которые прочнее и жестче аналогов. Но есть и компромисс: чем жестче материал, тем он менее гибкий.
Инженеры MIT нашли способ получения метаматериала, являющегося одновременно прочным и эластичным. Базовый материал обычно очень жесткий и хрупкий, но он печатается в точных, сложных узорах, которые формируют структуру, одновременно прочную и гибкую.
Ключ к двойным свойствам нового материала — это сочетание жестких микроскопических распорок и более мягкой плетеной архитектуры. Эта микроскопическая «двойная сеть» печатается с использованием полимера, похожего на плексиглас. Она создала материал, который может растягиваться в четыре раза, не разрываясь полностью. Для сравнения, полимер в других формах практически не растягивается и легко раскалывается после трещины.
«Новый дизайн двойной сети может быть применен к другим материалам, например, для изготовления эластичной керамики, стекла и металлов. Такие прочные, но гибкие материалы могут быть использованы при изготовлении тканей, в гибких полупроводниках, электронных чипах и прочных, но податливых каркасах»
говорят исследователи.
Ученые, вдохновленные структурой гидрогелей, разработали новый тип метаматериала, имитирующего их мягкость и прочность благодаря перекрестно связанным полимерам. Этот материал способен выдерживать значительные механические нагрузки и эффективно поглощает энергию за счет внутреннего трения и запутывания мягких волокон. Ключевым моментом является добавление в структуру искусственных «дефектов», а именно отверстий, которые неожиданно усиливают как гибкость, так и общую прочность материала.
«Мы открываем новую территорию для метаматериалов. Вы можете напечатать металл или керамику с двойной сеткой и получить множество преимуществ, поскольку для их разрыва потребуется больше энергии, в то же время они будут более эластичными»
говорит Карлос Портела, доцент кафедры развития карьеры Роберта Н. Нойса в Массачусетском технологическом институте.
Ученые сообщают о своих выводах в журнале Nature Materials.
