Вчені з’ясували, що робить матеріали еластичними

Група науковців з Університету Квінсленда (Австралія) провела дослідження, яке пролило світло на природу еластичності матеріалів. Вчені припустили, що здатність матеріалу відновлювати свою форму після деформації визначається взаємодією його молекул під навантаженням. Це відкриття може суттєво вплинути на розробку нових еластичних кристалів для використання в аерокосмічній техніці, електронних пристроях та інших галузях.

Результати дослідження, опубліковані в журналі Nature Materials, пояснюють механізм, завдяки якому матеріали можуть згинатися та повертатися до первісного стану. Досі науковці не могли точно визначити, в якому місці та як саме зберігається енергія в гнучкому матеріалі, яка дозволяє йому відновлювати форму після зняття зовнішнього навантаження.

Щоб відповісти на це питання, команда експериментувала з трьома різними молекулярними кристалами, які зберігають свої фізичні властивості на рівні окремих молекул. Вчені піддавали їх навантаженню, згинаючи та фіксуючи, як змінюються молекулярні взаємодії. Це дозволило точно локалізувати місце накопичення енергії в структурі матеріалу.

Виявилося, що гнучкість цих матеріалів не є випадковою, а залежить від характеру зв’язків між молекулами. При деформації молекули не руйнуються, а лише зміщуються одна відносно одної, зберігаючи свою структуру. Як тільки навантаження знімається, вони повертаються у початкове положення, відновлюючи форму матеріалу.

Такі результати можуть мати важливі практичні наслідки. Один з авторів дослідження зазначив, що розуміння механізму еластичності на молекулярному рівні відкриває шлях до створення принципово нових матеріалів із заданими характеристиками. Наприклад, можна буде розробляти кристалічні структури з високою еластичністю для використання в гнучкій електроніці або космічних апаратах, де матеріали зазнають екстремальних механічних навантажень.

Раніше вважалося, що більшість кристалів є крихкими, оскільки при деформації їхня структура порушується, що призводить до тріщин і руйнування. Проте нові дані свідчать, що певні молекулярні матеріали можуть бути як міцними, так і гнучкими водночас. Це відкриває можливості для створення нових типів матеріалів, які поєднуватимуть властивості твердих і еластичних структур.

Науковці сподіваються, що подальші дослідження в цій галузі дозволять удосконалити існуючі матеріали та створити нові композити, які можна буде використовувати в біомедичних технологіях, сенсорах і навіть у штучних м’язах. Це може призвести до значного прориву в розробці легких, міцних і надгнучких матеріалів для застосування у високотехнологічних сферах.