Umiecie wiązać węzły? Naukowcy pokazują, jak to się robi, wzmacniając materiały

Inżynierowie z Caltech stworzyli nowy materiał, który jest znacznie mocniejszy niż jego zwyczajne odpowiedniki, a to przez tworzące się w nich węzły w mikroskali. Dzięki nim materiał jest wykonany z łańcuchów polimerowych, które są usieciowane przez jony metali.
Węzły strukturalne
Węzły strukturalne

Inżynierowie opracowali materiał z węzłami strukturalnymi. Efekt? Jeszcze wytrzymalsze produkty

Tradycyjne węzły są znane z tego, że zwiększają wytrzymałość materiałów, a teraz inżynierowie z Caltech opracowali nowy materiał składający się bezpośrednio z węzłów właśnie, wykazując jednocześnie, że jest on znacznie twardszy niż wersja materiału wykonana z tego samego materiału bez węzłów. Naukowcy wykorzystali w tym procesie technikę zwaną metatezą zamykania pierścieni do tworzenia maleńkich pętli w łańcuchach polimerowych, które działają jak węzły zapobiegające przesuwaniu się łańcuchów obok siebie.

Czytaj też: Zapewni czystą wodę i prąd. Naukowcy opracowali istny Święty Graal na problemy dzisiejszego świata

Sama w sobie metateza zamykania pierścieni to reakcja chemiczna polegająca na rearanżacji wiązań podwójnych węgiel-węgiel w cząsteczce. Można ją wykorzystać do tworzenia pierścieni o różnych rozmiarach i kształtach poprzez łączenie dwóch końców łańcucha posiadających wiązania podwójne. Inżynierowie wykorzystali ją z kolei do stworzenia materiału, który może wytrzymać dwukrotnie większe naprężenia niż podobny materiał bez węzłów, a teraz mają nadzieję, że technika zostanie zastosowana do innych materiałów i stworzy nowe możliwości w zakresie inżynierii i projektowania.

Materiał składa się z polimerów ułożonych w serię podstawowych węzłów nadgarstkowych i ma dodatkowy skręt, odpowiadający za pochłanianie większej ilości energii. W praktyce jednak włókna nie są jednak fizycznie wiązane w te węzły, bo zamiast tego są drukowane 3D w tym kształcie, co jest prostsze w produkcji i zapobiega ich rozplątywaniu. Każdy węzeł mierzy około 70 mikrometrów wysokości i szerokości, co stanowi rekord.

Czytaj też: Szkło dostało drugie życie. Naukowcy wskrzeszają go do walki z globalnym ociepleniem

Rekordowa okazała się też ich wytrzymałość, bo po rozciągnięciu materiału z węzłami do granic wytrzymałości wykazano, że pochłania o 92% więcej energii i jest w stanie wytrzymać ponad dwukrotnie okazalsze naprężenia zanim ulegnie złamaniu. Otwiera to furtkę do produkcji materiałów użytecznych w lotnictwie i biomedycynie.