Исследователи создают более прочное волокно

«Хороший способ объяснить материал – подумать о резиновых лентах и ​​металлической проволоке», – говорит Майкл Дики, автор статьи о работе и профессор химической и биомолекулярной инженерии Alcoa в штате Северная Каролина.
«Резиновая лента может растягиваться очень далеко, но для ее растяжения не требуется большого усилия», – говорит Дики. «Металлическая проволока требует большого усилия, чтобы растянуть ее, но это не требует большого напряжения – она ​​ломается, прежде чем вы сможете растянуть ее очень далеко. В наших волокнах есть лучшее из обоих миров.»

Исследователи создали волокна, состоящие из сердечника из металлического галлия, окруженного эластичной полимерной оболочкой. Под напряжением волокно имеет прочность металлической сердцевины.

Но когда металл ломается, волокно не выходит из строя – полимерная оболочка поглощает напряжение между разрывами в металле и передает напряжение обратно на металлический сердечник. Эта реакция похожа на то, как человеческая ткань скрепляет сломанные кости.
«Каждый раз, когда металлический сердечник ломается, он рассеивает энергию, позволяя волокну продолжать поглощать энергию при удлинении», – говорит Дики. «Вместо того, чтобы ломаться надвое при растяжении, он может растягиваться в семь раз больше своей исходной длины до разрушения, вызывая при этом множество дополнительных разрывов провода.
«Другими словами, волокно не сломается и не упадет тяжелым грузом.

Вместо этого, многократно высвобождая энергию через внутренние разрывы, волокно медленно и неуклонно снижает вес.»
В материалах ударная вязкость – это способность материала поглощать энергию и деформироваться без разрушения.

Вы можете думать об этом как о количестве силы, которое материал может поглотить, когда он деформируется на расстоянии. Новое волокно намного прочнее, чем металлическая проволока или полимерная оболочка сама по себе.
«Есть большой интерес к инженерным материалам, имитирующим прочность кожи, и мы разработали волокно, которое превосходит прочность кожи, но при этом остается эластичным, как кожа», – говорит Дики.
Кроме того, галлиевый сердечник является проводящим, хотя он теряет свою проводимость при разрыве внутреннего сердечника.

Волокна также можно использовать повторно, сплавляя металлические сердечники вместе.
«Мы использовали галлий для этой экспериментальной работы, но волокна можно настроить для изменения их механических свойств или сохранения функциональности при более высоких температурах, используя различные материалы в сердечнике и оболочке», – говорит Дики.

«Это всего лишь проверка концепции, но в ней есть большой потенциал. Нам интересно узнать, как эти волокна могут быть использованы в мягкой робототехнике или при изготовлении текстильных изделий для различных применений.»