Растяжение тонкой полоски нового материала (до 100 процентов от первоначальной длины) и его восстановление

Что делать, если прохудились резиновые сапоги или порвалась покрышка на велосипедном колесе? Бежать в ремонт? В скором времени это, вероятно, не понадобится, ведь французские учёные придумали относительно дешёвый способ создания самосклеивающейся "резины".
Далее...



Самозалечивающуюся (или самовосстанавливающуюся) при комнатной температуре резину "вывели" исследователи из лаборатории Людвика Леблера (Ludwik Leibler) Soft Matter and Chemistry, расположившейся в Париже в Высшей школе промышленной физики и химии (Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles — ESPCI).

Новый материал способен восстанавливаться даже по прошествии пары часов после того, как его разорвали на части, при этом восстанавливаться неоднократно. Правда, он может быть "склеен" только по поверхности разрыва/разреза.

Нечто подобное происходит с пластилином, когда с ним играют дети. Только в отличие от пластилина данный материал способен восстанавливать свою форму и размеры после растяжения, а также после разрыва и повторного растяжения.


Для того чтобы получить достаточно большое количество такой резины (речь идёт о сотнях граммов, нестандартных для обычных химических опытов), учёные использовали простой синтез. Состоит он всего лишь из двух реакций, происходящих при высокой температуре, когда вещество пока ещё ведёт себя как жидкость.




Один из основных помощников Леблера — Франсуа Турнийак (François Tournilhac) — демонстрирует простоту эксперимента и большое количество получаемого вещества (кадр с сайта nature.com).
Начальными ингредиентами для нового вещества стали жирные кислоты, диэтилентриамин (ДЭТА) и мочевина. Надо сказать, что всё это весьма распространённые соединения, не требующие больших денежных затрат в производстве, что в своё время может положительно сказаться на конечной стоимости продукта.

В результате получается нечто среднее между резиновым мячиком и жевательной резинкой.




При комнатной температуре материал застывает и становится полупрозрачным, цвет его при этом меняется на жёлто-коричневый (кадр с сайта nature.com).
Обычная полимерная резина состоит из нескольких очень длинных молекул, которые скреплены между собой ковалентными, ионными или водородными связями. Если их разорвать, то собрать кусок воедино уже не удастся (все пробовали в детстве грызть ластики). Хорошо восстанавливаются лишь водородные связи, а их в обычной резине не так-то много.

В отличие от обычной резины новинка состоит из небольших групп молекул жирных кислот, которые после реакции с мочевиной обзаводятся на своих концах аминогруппами. Между собой жирные кислоты связываются исключительно водородными связями (что, правда, приводит и к недостаткам, материал становится более пластичным, чем резина).

У некоторых кислот образуется две, у других три ненасыщенные связи, в результате полученное вещество неспособно полностью затвердеть при комнатной температуре (а значит, не может и расколоться, как обычное кристаллическое тело).




Тонкая полоска "резины" может быть разрезана, "склеена" и снова растянута в несколько раз. Стрелкой показано примерное место разреза (кадр с сайта nature.com).
Наоборот, кусок нового материала можно растянуть почти в пять раз, после чего он восстановит свою форму (пусть и не так быстро, как обычная резина).


Если же эту "штуковину" разрезать, а затем куски снова прижать друг к другу, то разорванные водородные связи восстановятся. При этом не нужно прикладывать значительное усилие, лучше подержать части вместе подольше (образуется больше связей). По заверению авторов, оптимальное время залечивания – 15 минут.


При этом "чинить" разрыв можно не сразу, а даже спустя 18 часов, на эффективности восстановления это никак не скажется (если части держать вместе одно и то же время).




На более широком куске материала исследователи показали, что происходит, если попытаться "склеить" края разреза через час и подержать их вместе в течение 2 (а) и 24 (б) часов (кадр с сайта nature.com).
Разработкой уже заинтересовались многие фирмы, но, пожалуй, первым поставщиком изделий из нового материала станет французская химическая компания Arkema, с которой Леблер уже давно заключил контракт.

Как и положено, в Arkema уже поговаривают о том, что через год-два готовый коммерческий продукт выйдет на рынок.

Тем временем сам Людвик мечтает увидеть своё изобретение в первую очередь в игрушках, "так как дети очень любят всё ломать".

Впрочем, это далеко не единственное возможное применение нового материала, ведь из него можно создавать, например, самовосстанавливающиеся шины для велосипедов.

membrana.ru