Революция в строительстве: материал, который со временем становится только прочнее

[VAOZ]

Мы привыкли, что со временем материалы становятся слабее, особенно если речь идет о каркасах и крепеже. Однако новый гель становится только прочнее под воздействием внешних вибраций и стресса – это изобретение может перевернуть привычный подход к строительству.

По словам Аарона Эссер-Кана, возглавившего исследовательскую группу, новое изобретение — это «первый случай, когда за счет механической вибрации материал не теряет прочность, но становится лишь крепче»

Частью вдохновения для Эссер-Кана и его команды послужила способность человеческих костей адаптироваться к ежедневным механическим нагрузкам. Не менее важную роль также сыграл так называемый пьезоэлектрический эффект. Он относится к устройствам и материалам, которые могут воспринимать механическое напряжение и вибрацию и преобразовывать их в электрический заряд. Мы видели, как эту технологию можно интегрировать в обувь, дороги и клавиатуры ноутбуков, но команда UC описывает это конкретное приложение как первое в своем роде.

Исследователи начали с идеи о том, что заряд, производимый пьезоэлектрическим эффектом, может быть использован для запуска в материале реакции, повышающей его прочность. Поэтому они начали экспериментировать с разными химическими составами, пытаясь получить гель с правильными свойствами. Поработав над десятками смесей, команда в конечном итоге нашла победителя, представляющего собой полимерный гель со смесью так называемых тиоленовых реакторов и пьезоэлектрических частиц оксида цинка.

Этот материал может быть усилен за счет вибрации из-за частиц, которые передают энергию и инициируют тиоленовую реакцию, которая приводит к созданию новых поперечных связей в материале. В ходе испытаний команда превратила мягкий гель в материал с жесткостью, близкой к жесткости внутренней части кости, в 66 раз превышающей его собственную прочность – всего лишь подвергнув его вибрации. Интересно, что сильнее всего материал укрепился в тех местах, где он подвергался наибольшей нагрузке.

Команда видит много возможностей применения своей разработки Например – для постройки зданий, которые становятся прочнее с возрастом, или для создания медицинских имплантатов, которые более эффективно взаимодействуют с организмом. Одна из действительно многообещающих областей — это клеи, например, те, которые используются в аэрокосмической технике для соединения различных материалов.