Большая часть композитных материалов представляет собой своеобразный «пирог» из нескольких разнородных компонентов, четко отделенных друг от друга. Как правило, комбинация из элементов с разными физическими свойствами позволяет получить материалы, сочетающие в себе их свойства.

Швейцарские физики создали новый тип композитного материала, эластичность и прочность различных частей которого можно произвольным образом менять, что позволяет применять его для создания гибкой электроники и высококачественных зубных протезов, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Большая часть композитных материалов представляет собой своеобразный «пирог» из нескольких разнородных компонентов, четко отделенных друг от друга. Как правило, комбинация из элементов с разными физическими свойствами позволяет получить материалы, сочетающие в себе их свойства.

Простейшим примером композита является обычная фанера, составленная из слоев древесины с перпендикулярными друг другу волокнами.

Группа ученых под руководством Андре Штударта (Andre Studart) из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе (Швейцария) создала принципиально новый тип композитного материала с переменной эластичностью, изучая физические свойства различных комбинаций органического полимера полиуретана и разных композитных наполнителей.

Как объясняют ученые,

в природе существует множество композитных материалов, чья эластичность и прочность может сильно различаться для разных участков одного и того же органа. В частности, к числу таких органов относятся зубы и ткань, соединяющая связки с костями. По их словам, эластичность разных частей зубов и соединительной ткани может различаться в 2–3 раза благодаря разнице в плотности и структуре наполнителя между волокнами биополимера-коллагена.

Штударт и его коллеги попытались повторить эту структуру, используя полиуретан в качестве аналога коллагена и наночастицы, в том числе пластиковые шарики и алюминиевые микродиски, в качестве наполнителя.

Для экспериментов ученые изготовили множество тонких пленок из полиуретана с различной эластичностью и прочностью, меняя тип наполнителя и его концентрацию внутри полимерного «желе». Затем физики склеили часть пленок и получили несколько наборов композитных «плиток», отличавшихся высокой эластичностью или же высокой механической прочностью.

По словам ученых,

подобные фрагменты могут быть тверже, чем зубная эмаль, или же мягче и эластичнее, чем кожа, в зависимости от набора компонентов. Данные «плитки» можно склеивать между собой при помощи растворителя, получая материал, эластичность и прочность отдельных частей которого будет сильно различаться.

Как считают Штударт и его коллеги,

подобные материалы могут использоваться при изготовлении гибкой электроники, требующей защиты хрупких компонентов от растягивания. Для демонстрации такой возможности ученые изготовили гибкую повязку с интегрированным светодиодом, который не разрушался даже при растягивании повязки в три раза.

Кроме того,

подобные композитные материалы могут применяться и для других целей. Авторы статьи полагают, что их технологию можно применить для разработки протезов конечностей, искусственных связок и синтетических зубов, не уступающих по своим качествам их естественным аналогам.