Американские и гонконгские материаловеды и химики создали самовосстанавливающийся при нагревании материал, которому нипочём даже миллиметровые трещины. Он содержит пластиковые нити, при разработке которых авторы держали в уме паучий шёлк.

В полученных композитах нити стягивают трещину до того, как частицы пластика успеют расплавиться и залить дефект. Отчасти благодаря тому, что прочность нитей не уступает прочности кевлара, учёным удалось восстановить материал с трещиной толщиной в 3 мм. При этом прочность достигла 94% от начальной.

Областью применения своей разработки авторы видят изготовление подвижных частей в различных летательных аппаратах, где динамические силы и случайные столкновения даже с небольшими объектами чреваты опасными трещинами. Именно в таких случаях способности к самовосстановлению наиболее востребованы.

Нагревание треснутого композита заставляет нити сжиматься, затягивая трещину прежде, чем её края окончательно будут залечены. (Иллюстрация Louisiana State University.)

О создании самовосстановливающегося при образовании микроскопических трещин материала уже сообщалось. Это достигалось за счёт предварительного наполнения структуры текучим дициклопентадиеном и внедрением в верхние слои покрытия катализатора Граббса. (Как же это дорого!) Как только вытекающий в трещину дициклопентадиен достигал поверхности и касался частиц катализатора, происходила полимеризация и трещина затягивалась. Благодарить за всё это следует капиллярные силы.

Но можно ли наполнить материал таким количеством «восстановительного вещества», которого хватит на «залечивание» трещин в несколько миллиметров толщиной?

И тогда исследователи под руководством Гоцян Ли (Guoqiang Li) из Университета Луизианы (США) обратились к печальному человеческому опыту, который подсказывает, что слишком большие раны прежде надо зашить (стянуть), чтобы дать организму завершить процесс самостоятельно. Вот так в состав композитного материала попали нити, способные сжиматься «по требованию». Причём последнее свойство — это уже опыт, полученный при наблюдении за жизнью насекомых. Именно так ведут себя нити паутины в ответ на повышение влажности. К счастью для пауков, учёные не стали заниматься ловлей шелководных насекомых, а просто придумали свои полиуретановые нити, обладающие эффектом памяти формы.

Итак, двигаясь по паучьим стопам, учёные создали нити, используя полимеры с набором чередующихся жёстких и мягких блоков. При нагревании нитей их мягкие и жёсткие сегменты приобретают достаточно мобильности для релаксации, которая приводит к восстановлению первоначальной формы. Немаловажно, что стягивание трещины происходит при температуре ниже точки плавления пластиковых частиц в составе композита (после стягивания пластиковые частицы, содержащиеся в композите, подплавляются и окончательно залечивают «рану»).

Авторы исследования утверждают, что пока другие группы тщетно пытаются повторить природу, воспроизводя паучий шёлк, им удалось оставить эту самую природу далеко позади.