Инженеры Чикагского университета (UC) разработали новый тип геля, который может со временем укрепляться из-за вибраций, основываясь на том, как наши кости адаптируют свою массу и силу для поддержки различных нагрузок на протяжении всей жизни.

«Любой другой материал становится слабее при вибрации», - говорит Аарон Эссер-Кан, возглавлявший исследовательскую группу. «Это первый случай, когда мы полностью изменили этот процесс, показав, что материал может укрепляться за счет механической вибрации».

В то время как адаптивная природа человеческой кости была частью вдохновения для Эссера-Кана и его команды, другая часть была основана на так называемом пьезоэлектрическом эффекте. Это относится к устройствам и материалам, которые могут воспринимать механическое напряжение и вибрацию и преобразовывать это движение в электрический заряд. Мы видели, как эту технологию можно интегрировать в строительство дорог и зданий, которые изнашиваются со временем.

Исследователи начали с идеи, что, возможно, заряд, производимый пьезоэлектрическим эффектом, может быть использован для запуска реакции в материале, повышающей его прочность. Поэтому они начали экспериментировать с разными химическими составами, чтобы получить гель с правильными свойствами. Поработав над десятками смесей, команда выбрала лучший, состоящий из полимерного геля со смесью так называемых тиоленовых реакторов и пьезоэлектрических частиц оксида цинка.

Этот материал может быть усилен за счет вибрации частиц, которые преобразуют энергию и инициируют тиоленовую реакцию, которая приводит к созданию новых поперечных связей в материале. В ходе тестирования команда превратила этот мягкий гель в материал с жесткостью, в 66 раз превышающей его собственную прочность, просто подвергнув его вибрации. Интересно, что материал укрепился больше в тех местах, где он подвергался наибольшей нагрузке.

«Материал укрепился до той силы, которую мы вложили в него», - сказал Эссер-Кан.

Команда видит много возможностей для материала этого типа, включая строительство зданий, которые становятся прочнее с возрастом, медицинские имплантаты, которые более эффективно интегрируются с телом, в аэрокосмической технике для соединения различных материалов.