В IBM Research создали высокотемпературный самовосстанавливающийся гель
Команда IBM Research из Кремниевой долины, США, анонсировала новое открытие — самовосстанавливающиеся органогели с уникальными возможностями. Эти гели при охлаждении отвердевают, но при повышении температуры возвращаются в исходное состояние. Результаты работы ученых уже опубликованы.
Область применения геля достаточно обширная, например, такого рода вещества можно использовать в промышленности. Гель можно залить в форму, охладить, а увидев, что в полученной отливке есть ошибка, можно повторить процесс «нагревание-охлаждение», чтобы исправить дефект.
Что такое гель?
Ге́ли (ед.ч. гель, от лат. gelo — «застываю») — структурированные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твёрдых тел: отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость). Гели состоят, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых образует непрерывную трёхмерную макромолекулярную сетку, выступающую в роли каркаса, пустоты в которой заполнены низкомолекулярным растворителем — дисперсионной средой.
Гель можно сравнить с объемной рыбацкой сетью, ячейки которой заполнены жидкостью. В IBM Research добавили в органогель молекулы мономеров. В эксперименте, проведенном учеными, в начальную массу были добавлены еще и молекулы-инициаторы, которые под воздействием УФ-излучения преобразуют мономеры в полимеры. Таким образом, органогель, созданный IBM, при воздействии УФ-излучения становится твердым, как пластик.
Демонстрация эластичности органогеля
После проведения нескольких десятков тестов для измерения твердости геля и определения правильного соотношения компонентов, специалисты создали модифицированный гель, который можно расплавить при температурах выше 80 градусов Цельсия и который восстанавливает свои свойства при охлаждении до 20 градусов. На выходе ученые получили гель (первый в своем роде), который может быть расплавлен и охлажден без потери своих уникальных качеств. Как только из такого геля формируют объект нужной формы, на получившийся объект воздействуют УФ-излучением, что приводит к окончательному затвердению геля.
Такой материал может быть использован для заделки трещин. Органогель — достаточно жидкое вещество, чтобы без проблем проникать в небольшие пространства, но при этом не вытекать из них. Воздействие УФ-излучения позволяет материалу затвердеть, что приводит к полноценной заделке трещины. В будущем такие вещества могут использоваться и для работы в 3D принтерах. При этом многие современные 3D принтеры не идеальны, поскольку послойное нанесение вещества приводит к недостаткам структуры и формы. А новый гель может быть использован для создания практически идеальных объектов, путем изменения температуры и уровня УФ-излучения. По мнению специалистов, контроль температуры геля позволяет избавиться от проблем со структурой и внешним видом распечатанных моделей.
А — обычный гель, В — гель, созданный IBM. Слева — состояние гелей в обычных условиях, справа — те же образцы после нагревания
Преемственность
Упомянутые выше гели были созданы с использованием материалов из проекта двухлетней давности ученых IBM Джима Хедрика и Жаннет Гарсия. Тогда ученые разработали способ синтеза промышленных полимеров. Использование процессов, рассмотренных в указанном материале, позволило создать органогели с описанными свойствами.
