Исследователи из Миссурийского университета науки и технологий разработали новый эластичный аэрогель с эффектом памяти формы. Из нового материала они собрали бионическую руку, которая может сжимать различные предметы. Исследование опубликовано в журнале Chemistry of Materials.

Аэрогели отличаются от обычных гелей тем, что в них жидкостная фаза заменена на газ. В результате образуется структура, состоящая из твердофазного каркаса и заполненных газом пор. Как правило, такие материалы обладают крайне низкой плотностью при довольно большой твердости.

Известны гибкие аэрогели, а также полимеры с эффектом памяти формы, но исследователи решили создать новый материал, объединяющий эти свойства. В качестве основы они использовали полиуретан. Ученые решили подобрать оптимальный состав, приготовив несколько образцов, в которых содержалось разное соотношение мономеров. Из-за этого температура стеклования, ниже которой полимеры затвердевают и становятся хрупкими, варьировалась от 30 до 70 градусов Цельсия в зависимости от состава. Выше этой температуры полимеры вели себя подобно резине: при понижении температуры их эластичность уменьшалась примерно в тысячу раз.

Suraj Donthula et al. / Chemistry of Materials, 2017

Изначально образцы имели форму прямоугольника. После сгибания при комнатной температуре форма возвращалась в течение нескольких секунд. Исследователи проверили эффект памяти формы с помощью следующего эксперимента: прямоугольный лист аэрогеля нагревался выше температуры стеклования и скручивался. Сразу после этого его помещали в жидкий азот, и полимер затвердевал. В течение 16 минут образец нагревался до комнатной температуры и возвращался в исходную форму.

Аэрогель восстанавливает свою исходную форму после нагревания до комнатной температуры. Suraj Donthula et al. / Chemistry of Materials, 2017

Чтобы продемонстрировать возможность практического применения, ученые создали бионическую руку из нового аэрогеля, которая при нагревании до комнатной температуры повторяет движение мышц человеческой руки и может сжимать предметы. Ученые считают, что разработанный ими материал, одновременно обладающий низким весом, эластичностью и эффектом памяти формы, имеет большие перспективы в биологических применениях и технике. К примеру, из него можно создать панели, которые будут разворачиваться, нагреваясь солнечными лучами.

Бионическая рука сжимает ручку после восстановления исходной формы. Suraj Donthula et al. / Chemistry of Materials, 2017

Недавно мы написали большой материал «Пять стихий: воздух» об аэрогелях и их необычных свойствах.

Автор: Григорий Копиев