Как ученым удалось разработать мягкий и одновременно прочный материал?

Уже существуют смарт-материалы, которые могут изменять свои физические свойства в ответ на внешние воздействия. Например, стекла, которые могут менять прозрачность с помощью электрического тока.

С годами ученым все больше приходится модифицировать материалы, так как возникает постоянная потребность в различных областях. Например, в космосе для добычи ценной информации материалы зондов должны быть прочными и устойчивыми, а при исследовании океанов они должны выдерживать колоссальное давление. Однако мы не должны забывать и о нашем комфорте. Жить в доме, где зимой сохраняется тепло, а летом создается прохлада, является предпочтительным. А что насчет материала, который может быть одновременно твердым и мягким? Такое сочетание само по себе может показаться абсурдным, но ученые считают иначе. Согласитесь, было бы неплохо иметь стены прочные как кирпич, но мягкие как матрас. Ведь жесткость кирпичной стены не поглощает удары и вибрации, в то время как матрас, благодаря своей мягкости, отлично амортизирует такие воздействия. Интересно и то, что в области дизайна материалов может потребоваться обладание обоими этими характеристиками.

Подобные материалы используют повсеместно, у них несомненно есть свои плюсы и преимущества перед другими, но и их минусы говорят сами за себя.

Одним из наиболее распространенных материалов является бетон. Он широко используется в строительстве зданий, мостов, дорог, да и вообще много где. Его преимущества включают прочность, долговечность, а самое важное относительно низкую стоимость. Бетон также обладает огнестойкостью и хорошей звукоизоляцией. Однако он имеет и некоторые недостатки, такие как высокий уровень усадки и недостаточная прочность при растяжении.

В последние годы нанотехнологии также стали важным направлением в разработке новых материалов для строительства.

Дерево является еще одним узнаваемым материалом. Оно используется для строительства домов, мебели, упаковки и других изделий. Основное преимущество дерева – его экологическая устойчивость и возобновляемость. Дерево также обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Однако оно подвержено гниению, пожарам и может быть повреждено насекомыми.

О металлах даже можно и не говорить – где их только не используют: в строительстве, авиации, автомобильной промышленности – грубо говоря, везде. Их преимущества включают прочность, устойчивость к высоким температурам и долговечность. Они также могут быть легко переработаны и имеют высокую устойчивость к коррозии. Однако металлы могут быть тяжелыми, дорогими и подвержены ржавчине.

Читайте также: Создан первый в мире лазер-громоотвод, направляющий молнии.

Объединяет их то, что все они очень твердые и вовсе не гибкие. А если взять в учет давление, природные факторы или даже создание аппаратов для космоса и покорения океанов – уже появляются значительные проблемы. Возможно ли решить эту проблему и создать что-то более универсальное? И, кажется, ученые нашли ответ на этот вопрос.

Ученые команды из Амстердамского университета недавно объявили о новом прорыве в области разработки материалов, способных эффективно рассеивать вибрации, сохраняя при этом достаточную жесткость, чтобы противостоять значительным давлениям. Этот научный прорыв открывает двери для различных применений, начиная от нанодизайна и заканчивая аэрокосмической инженерией.

При сильном взаимодействии образец изгибается. Также изменение становится более выраженным с уменьшением частоты. Фото: Д. Дикстра

Может быть интересно – новые горизонты робототехники: роботы будущего создаются из мягких материалов.

Одной из главных проблем в разработке таких материалов был конфликт между двумя их основными характеристиками: жесткостью и способностью поглощать вибрации. Обычно материалы могут обладать только одной из этих характеристик, но не обеими одновременно. Однако ученые утверждают, что им удалось разработать материалы, способные объединить в себе и жесткость, и высокую поглощающую способность вибраций.

Исследователи достигли этого результата, используя изогнутые тонкие металлические листы. Благодаря особым соединительным структурам, созданным из этих изогнутых листов, материалы приобрели отличные свойства поглощения вибраций, сохраняя при этом большую часть своей жесткости. Важно отметить, что листы могут быть относительно тонкими, что позволяет материалу оставаться легким.

Этот научный прорыв открывает новые перспективы для широкого спектра применений. В аэрокосмической инженерии такие материалы могут использоваться для создания легких и прочных компонентов, способных справиться с вибрациями, возникающими при полете. В нанодизайне они могут быть применены для разработки инновационных и гибких структур, способных адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Ученые уже пытались создать мягкий и прочный материал. И вот что из этого вышло.

Исследователи тщательно изучили свойства этих материалов, которые могут изменять форму, и обнаружили, что все они сочетают в себе жесткость и способность поглощать вибрации. Поскольку уже известные материалы не обладают такими свойствами, новые, созданные в лаборатории (метаматериалы), могут быть использованы во множестве областей и на различных масштабах.

Как думаете, какие еще ждут нас удивительные разработки в будущем? Делитесь своим мнением в нашем Telegram-чате!

Применение их может быть совершенно разнообразным, начиная от крупных объектов, например, в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении и других гражданских проектах, до очень маленьких, к примеру, в микроскопах или для нанолитографии.

Также одним из главных условий как для маленьких, так и больших строений – важно, чтобы они были легкими. Если же удастся использовать материалы, которые одновременно являются жесткими и хорошо поглощают удары, то множество существующих конструкций можно усовершенствовать, а также появится возможность создания новых. Потенциальные применения этих материалов на самом деле безграничны, отмечают исследователи.