Перейти к содержанию

Создается армированный волокном гидрогель, прочность которого в пять раз превышает прочность стали

Гмдрoгeли, мaтeриaлы, кoтoрыe сoстoят в oснoвнoм из вoды, имeют oгрoмный пoтeнциaл для иx испoльзoвaния в рaзличныx oблaстяx, oт прoизвoдствa ювeлирныx издeлий и в производстве мягких роботов. Тем не менее, практическое применение гидрогелей было ограничено их небольшой срок хранения. Недавно группа ученых из университета Хоккайдо закончил разработку нового гидрогелевого материала, армированного тканью, сотканной из мягких волокон. И в результате, показатель прочности нового материала, в пять раз выше, чем показатель прочности углеродистой стали.

Композиционные материалы известны людям уже на протяжении почти тысячелетия, потому что принципы их производства довольно проста. Примером этого являются обычные кирпичи, которые раньше обжигались в высокотемпературных печах, и состояла из глины, перемешанной с соломой в качестве наполнителя.

Давайте вернемся к гидрогелям. Эти материалы состоят из длинных цепочек гидрофильных полимерных материалов. Благодаря этому в объеме этого материала может содержать до 90 процентов воды. В большинстве гидрогели не может похвастаться ни прочностью, ни устойчивостью. Тем не менее, добавление к гидрогелю мелких стеклянных волокон, гидрогель превращается в прочный, гибкий и эластичный материал.

Дополнительную прочность армированного волокном гидрогеля получается в результате образования динамического ионных связей между молекулами гидрогеля и клетчатки. В данном случае ученые использовали гидрогель на основе полиамфолита (polyampholyte) и стекловолокна, диаметром около 10 микрометров.

В результате армирующего материала, оказалось, что в 25 раз более прочный, чем простой стекловолоконная ткань, сотканная из тех же волокон. По отношению к чистой гидрогелю силы нового материала, оказалась в сотни раз больше, и, как уже упоминалось выше, прочность композитного гидрогеля была выше прочности стали в пять раз. Приведенные здесь данные были получены путем прямого измерения силы, которые основаны на измерении количества энергии, необходимой для разрушения структуры материала.

«Стакан с прозрачным слоем гидрогеля состоит из воды на 40 процентов. Тем не менее, этот материал остается полностью безвредным для окружающей среды», — говорит доктор. Жиан Пинг-Гун (Д-р Цзянь Пинг-Гун), — «Благодаря высокой механической прочности и ряда других свойств нового материала, имеют широкую область использования. Он может быть использован для изготовления искусственных связок и сухожилий, которые, благодаря прочности материала, способны выдержать большие физические нагрузки».