Ученые Массачусетского технологического института создали метаматериал одновременно прочный и эластичный. Микроскопическая структура придает ему необычные физические свойства. Ранее упор в разработке делался на максимальную жесткость и прочность, но чем жестче материал, тем он более хрупок и менее гибок.
Для своего нового исследования команда изготовила метаматериал, объединив две микроскопические архитектуры. Первая представляет собой жесткий сетчатый каркас из стоек и ферм, вторая — узор из катушек, которые оплетают каждую стойку и ферму. Обе сети сделаны из одного и того же акрилового пластика и напечатаны за один проход с использованием высокоточной лазерной технологии печати — двухфотонной литографии. Вместе они создают прочную, но растягивающуюся структуру — в 3−4 раза от своей длины без разрушения, а это в 10 раз больше по сравнению с обычным метаматериалом с решетчатым узором, напечатанным тем же акриловым пластиком.
Это происходит потому, что более мягкая структура, оплетающая жесткую решетку материала, принимает на себя большее напряжение из-за множественных узлов или запутываний, вызванных треснувшими распорками. Поскольку это напряжение распространяется неравномерно по материалу, начальная трещина вряд ли пройдет насквозь и быстро разорвет материал. Более того, команда обнаружила, что если они введут стратегические отверстия или «дефекты» в метаматериал, они смогут еще больше рассеять любое напряжение, которому подвергается материал, сделав его еще более эластичным и более устойчивым к разрыву.
На создание метаматериала инженеров вдохновили гидрогели — это мягкие, эластичные, желеобразные материалы, состоящие в основном из воды и небольшого количества полимеров. Исследователи взяли идею двойной сети у гидрогелей и перенесли ее на твердую основу. Метаматериал можно применять для изготовления эластичной керамики, стекла и металлов, в гибких полупроводниках, электронных чипах и прочных, но податливых каркасах, на которых можно выращивать клетки для восстановления тканей.
Это не просто новый материал. Это шаг к созданию «умных» и многофункциональных конструкций, где прочность больше не исключает гибкость.
Ранее стало известно о том, что стройматериал из гриба и бактерий может стать заменой цементу.
