Физики изобрели самоукрепляющийся нанокомпозит

Аспирант Брент Кэри (Brent Carey) помещает кусочек композита в испытательное устройство. Брент использовал его для сжатия материала 3,5 миллиона раз в течение недели и доказал, что композит словно застывает под механическим напряжением (фото Jeff Fitlow).

Исследователи из университета Райса построили материал, который при регулярных нагрузках становится только прочнее, словно кости и мышцы живого существа.

Композит состоит из леса вертикально расположенных многослойных углеродных нанотрубок, промежутки между которыми заполнены полидиметилсилоксаном. К удивлению экспериментаторов, циклическая нагрузка на этот материал привела не к возникновению механической усталости, но к упрочнению композита. Сжатие с частотой пять раз в секунду в течение недели увеличило жёсткость образца на 12%.

Как известно, металлы способны упрочняться под деформирующей нагрузкой (что объясняется перераспределением дислокаций в кристаллической решётке). Но для синтетических материалов подобное свойство — дело исключительное.

Небольшой блок нового нанокомпозита под микроскопом (фото Ajayan Lab/Rice University).

Учёные пока не знают наверняка, каков механизм упрочнения. Однако они исключают простое скрепление молекул полимера. По-видимому, рассуждают экспериментаторы, секрет нового композита заключается в очень большой площади межфазного интерфейса между нанотрубками и наполнителем и в процессах, развивающихся на этой границе.

Причём физики открыли важную особенность данного нанокомпозита: статическая нагрузка не меняет его свойств. Только динамическое воздействие приводит к росту жёсткости. В этом плане авторы исследования сравнивают свой композит с костями и хрящами у спортсменов: регулярная стрессовая нагрузка приводит к их упрочнению. Такова адаптация организма.

Изменение жёсткости испытанного материала со временем (иллюстрация Brent J. Carey et al./ACS Nano).

Американцы полагают, что, разобравшись в деталях взаимодействия полимера и углеродных нанотрубок, смогут создавать не только самоупрочняющиеся конструкционные материалы, но и искусственные имплантаты костей и хрящей, обладающие некоторым сходством с природными аналогами. (Детали работы можно найти в статье в ACS Nano и пресс-релизе университета.)



Испытаны электроды для батарей с зарядкой за несколько секунд

22 марта 2011

Созданы эффективные кремниевые нанотранзисторы

22 марта 2011

В Канаде созданы биоразлагаемые антираковые наночастицы

21 марта 2011

Учёные создали программируемого молекулярного робота

11 марта 2011

Испытана ультраэкономичная фазовая память

11 марта 2011
  • График вводит в заблуждение. На первый взгляд со временем процесс ускоряется, а на самом деле, шкала Х нелинейная. :( Неудобно.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Самченко  24 марта, 15:19
    Так все подобные процессы, идущие до «насыщения», твердение бетона, например, замедляются со временем. Наверное, авторы рисунка думали, что это для всех нас настолько очевидно, что можно логарифмическую шкалу воткнуть. Для экономии места. Чтоб влезла отметка 12%
    ОтветитьНравится
  • Оно не то что бы неочевидно, просто плохочитаемо, имхо...
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  25 марта, 07:58
    ну про кости и прочие гипертрофии от нагрузки эт конечно для «красного слвоца» У тканей масса между прочим меняется :)

    А вот механизм этого явления — возможно — полимер вытекает из щелей между нано трубочками — а те в свою очередь упорядочиваются ( по направлению нагрузки) и сливаются — слипаются между собой — может это шаг к «самозаплетающимся» канатам из углеродных волокон ( лифт в небо и т.п :)) Я бы как то померял степень упроядоченности — Прочность по всем направлениям растет? Или тока в направлении приложения переменных нагрузок. Если во всех значит трубочки увы не разворачиваются... А тока слипаются уплотняются...

    Можно с другими «растворителями и» и  волокнами попробовать. Может конопляный канат в олифе вымочить — поглядеть — эффект повторится?

    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  25 марта, 08:02
    1 мм однако :))
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  26 марта, 07:57
    Замечу, что в детстве играл двумя одежными щетками. Было интересно «слеплять» их щетинками навстречу друг к другу. Если некоторое время их «тискать», то они связывались прочно, при этом их упругий ответ на сдавливающие усилия увеличивалась многократно. При этом статические разжимающие силы не позволяли легко разделить две щетки, в то же время время многократные относительно легкие усилия — и щетки разделяются запросто. Попробуйте.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  26 марта, 15:01
    хм, интересно интересно а если их еще и смочить водой, керосином — «школьная» физика ! Основа! и залог нынешних и будущих чудес технических.
    ОтветитьНравится
  • Эффект упрочнения композита можно обьяснить частичной переориентацией молекул наполнителя под действием циклической нагрузки. Полидиметилсилоксан — силикон с достаточно длинной полимерной цепью. Под действием тангенциальных напряжений в образце (они направлены поперек приложеного усилия) макромалекулы ориентируются вдоль линий напряжения. С каждым циклом сжатия образца количество ориенированых молекул увеличивается, они сцепляют между собой «лес из нанотрубок». Каждая нанотрубка работает упруго, как щетина в выше упомянутой щетке, поэтому чем больше у нее связей по своей длине, тем она устойчевее и соответственно прочнее весь образец.
    ОтветитьНравится