Международная команда ученых добавила в жесткую сетку гидрогеля слабые азосоединения (–N=N–) и растянула материал. Под влиянием деформации азосоединения разрушились, а на их месте образовались механорадикалы, которые вступили в контакт с молекулами полимера и создали новые прочные связи. По словам авторов, модифицированный гидрогель восстанавливается самостоятельно в 100 раз быстрее, чем обычный. В будущем результаты позволят улучшить прочность каучука, эластомеров и других материалов. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.
Гидрогели — это мягкие полимерные материалы, насыщенные водой. Они используются для создания контактных линз, биоматериалов и роботов. Однако молекулярные связи гидрогелей достаточно слабые и при сильном растяжении быстро рвутся. Чтобы решить эту проблему, ученые предлагают добавить в материал механизмы самовосстановления. Они удерживают гидрогель от разрушения, но работают слишком медленно.
Японские и американские исследователи ускорили технологию самоукрепления полимерного материала. Для этого они взяли гидрогель с двойной сеткой (DN-гидрогели), состоящий из жесткой и эластичной структур. В жесткую сетку ученые внедрили слабые азосоединения (–N=N–) — участки молекул, которые легко разрываются при механическом воздействии. Затем они подвергли материал растяжению и вызвали механохимическую реакцию: азосоединения разрушились, а на их месте образовались реактивные химические частицы механорадикалы. Они вступили в контакт с молекулами, из которых строятся полимеры, и создали новые прочные связи.
Новый материал может сам перестраиваться в ответ на растяжение и становиться крепче. По словам авторов, модифицированный гидрогель с двойной сеткой восстанавливается в 100 раз быстрее, чем обычный, что предотвращает его дальнейшее разрушение.
«Самоупрочняющиеся материалы знаменуют собой переход от пассивной прочности к активной адаптации. Рационально используя механохимию, особенно контролируя кинетику ее реакций, мы можем адаптировать армирование к конкретным потребностям не только в гидрогелях, но и в каучуках, эластомерах и других материалах», — рассказал Чжи Цзянь Ван, первый автор исследования из Университета Хоккайдо, Япония.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
