Новый «умный» материал может напрягаться, как тренированные мышцы, говорят инженеры из Университета штата Айова, которые его разработали.
В лабораторных испытаниях механические напряжения превращали гибкую полосу материала в твердый композит, который может выдерживать 50-кратный вес.
Примеры нового «умного» материала (слева направо): гибкая полоса; гибкая полоса, которая затягивается при скручивании; гибкая полоса, превращенная в твердый композит, который может удерживать вес.
Photos by Christopher Gannon
Этот новый композитный материал не нуждается во внешних источниках энергии, таких как тепло, свет или электричество для изменения свойств. И его можно использовать для различных приложений в медицине и промышленности.
Примеры нового «умного» материала (слева направо): гибкая полоса; гибкая полоса, которая затягивается при скручивании; гибкая полоса, превращенная в твердый композит, который может удерживать вес.
Разработка материала объединила опыты исследователей с микроразмерными частицами жидкого металла и мягкими материалами, такими как каучуки, пластмассы и гели. Это оказалось мощной комбинацией.
Photos by Christopher Gannon
Исследователи обнаружили простой, недорогой способ получения частиц переохлажденного металла, который остается жидким даже ниже температуры плавления. Крошечные частицы (всего от 1 до 20 миллионных долей метра в поперечнике) создаются путем воздействия капель расплавленного металла на кислород, создавая окислительный слой, который покрывает капли и оставляет внутри жидкий металл, оставаясь твердым снаружи. Они также нашли способы смешивания частиц жидкого металла с эластичным материалом без разрушения частиц.
Когда этот гибридный материал подвержен механическим нагрузкам - толканию, скручиванию, изгибу, сжатию - частицы жидкого металла разрываются. Затем жидкий металл вытекает из оксидной оболочки и затвердевает.
«Вы можете сжать эти частицы так же, как воздушный шар», - сказал Туо. «Когда это проявляется, то заставляет металл течь и затвердевать». В результате получается «металлическая сетка, которая образуется внутри материала».
Исследователи заявили, что точка всплывания может быть настроена так, чтобы поток жидкого металла после различных механических напряжений. Тюнинг может включать изменение используемого металла, изменение размеров частиц или изменение резинового материала.
В этом исследовании частицы жидкого металла изготавливаются из сплава висмута, индия и олова (англ. Field's metal). Но другие металлы тоже будут работать. «Идея состоит в том, что независимо от того, какой металл вы можете использовать, вы получите такое же поведение», - сказали авторы разработки.
Инженеры говорят, что новый материал можно использовать в медицине для поддержки деликатных тканей или в промышленности для защиты ценных датчиков. Он также может найти применение в носимой электронике.
«Устройство с этим материалом может сгибаться до определенной нагрузки», - объяснили авторы. «Но если вы продолжите, то эластомер будет напрягаться и останавливать или замедлять эти силы».
Источник: https://www.news.iastate.edu/news/2018/02/14/smartcomposite