Створено армований волокном гідрогель, міцність якого в п’ять разів перевищує міцність сталі

Гідрогель, матеріал, який складається переважно з води, має величезний потенціал їх використання в найрізноманітніших областях, починаючи від виготовлення прикрас і до виготовлення м’яких роботів.

Однак, практичне застосування гідрогелю було обмежено їх малої міцністю. Нещодавно група дослідників з університету Хоккайдо закінчила розробку нового гідрогелевого матеріалу, армованого тканиною, витканої з м’яких волокон. І в результаті цього показник міцності нового матеріалу в п’ять разів перевищує показник міцності вуглецевої сталі.

Композитні матеріали відомі людям вже майже тисячоліття, адже принципи їх виготовлення досить прості. Прикладом цього є звичайні цеглини, які раніше не обпікалися в високотемпературних печах, а складалися з глини, перемішаної з соломою в якості наповнювача.

Повернемося до гідрогелю. Ці матеріали складаються з довгих ланцюгів гідрофільних полімерних матеріалів. За рахунок цього в обсязі такого матеріалу може міститися до 90 відсотків води. У більшості гідрогелю не можуть похвалитися ні міцністю, ні стабільністю. Однак, додавання до гідрогелю крихітних скляних волокон перетворює гідрогель в міцний, гнучкий і еластичний матеріал.

Додаткова міцність армованого волокном гідрогелю виходить внаслідок освіти динамічних іонних зв’язків між молекулами гідрогелю та волокна. В даному випадку дослідники використовували гідрогель на основі поліамфоліта (polyampholyte) і скляні волокна, діаметром близько 10 мікрометрів.

В результаті армування матеріал виявився в 25 разів міцнішим, ніж проста скловолоконна тканина, виткана з таких же волокон. По відношенню до чистого гідрогелю міцність нового матеріалу виявилася в сотні разів більше, і, як уже згадувалося вище, міцність композитного гідрогелю виявилася перевищує міцність сталі в п’ять разів. Наведені тут дані не були отримані шляхом прямих вимірювань міцності, вони грунтуються на вимірі кількості енергії, необхідної для руйнування структури матеріалу.

“Армований скляним волокном гідрогель складається з води на 40 відсотків. Проте, такий матеріал продовжує залишатися повністю нешкідливим для навколишнього середовища” – розповідає доктор Жіан Пінг Гонг (Dr Jian Ping Gong), – “Завдяки високій механічній міцності і ряду інших властивостей у нового матеріалу є широка область застосування. Він може бути використаний для виготовлення штучних зв’язок і сухожиль, які, в силу міцності матеріалу, зможуть витримати великі фізичні навантаження “.