Мягкий, но неубиваемый: открыт секрет быстрого самоукрепления гидрогеля

Гидрогели — это мягкие материалы, которые состоят из полимерных сетей и воды. Они пропускают вещества, которые меньше, чем ячейки их сети, и используются в биоматериалах, контактных линзах, мягких роботах и других областях.

Когда химические связи в гидрогеле рвутся, материал слабеет и может разрушиться. Но если добавить мономеры, эти разрывы могут запустить создание новых связей, делая материал прочнее.

Результаты опубликованы в Nature Materials.

Команда профессора Цзянь Пин Гуна из Университета Хоккайдо уже работала с гидрогелями, которые укрепляются сами. Эти гидрогели состоят из двух сетей: жесткой и хрупкой первой сети и гибкой второй. Но процесс укрепления был слишком медленным. Чтобы ускорить его, ученые добавили в первую сеть слабые азосоединения (-N=N-). Когда материал растягивают, эти связи рвутся, создавая активные частицы (радикалы). Они быстро реагируют с мономерами, которые впитывает гидрогель, и образуют новую, более прочную сеть. Этот процесс происходит в 100 раз быстрее, чем раньше, что делает материал устойчивым к разрушению.

Профессор Майкл Рубинштейн и его команда помогли понять, как скорость деформации влияет на укрепление.

Материалы, которые сами себя укрепляют, — это не просто долговечность, это активная адаптация. Мы можем управлять этим процессом, чтобы создавать материалы с нужными свойствами, — говорит Чжи Цзянь Ванг, ведущий автор исследования.

Ранее ученые использовали гидрогель для создания искусственных мышц.

Фото: гидрогель с двойной сетью растягивается на разную длину. Горловина гидрогеля указывает на разрыв первой полимерной сети. Источник: WPI-ICReDD.

26.02.2025