Учёные из Тайваня разработали уникальный растяжимый гель, который способен не только самовосстанавливаться после повреждений, но и менять цвет при нагреве или механическом воздействии. Материал сочетает в себе прочность, гибкость и встроенные сенсорные свойства, что открывает перспективы для использования в носимых устройствах, мягкой робототехнике и биомедицине.
Как работает «умный» гель
Основу технологии составляют так называемые ротаксаны — молекулы в форме кольца, скользящие вдоль «стержня». Они соединены в «цепочки-ромашки», которые могут сжиматься и растягиваться наподобие пружины.
К этим структурам исследователи прикрепили люминесцентный блок DPAC. В нормальном состоянии он светится оранжевым, но при ограничении движения (например, во время растяжения) излучает синий свет. Таким образом, при нагрузке гель меняет цвет — это позволяет визуально отслеживать уровень деформации или температуры.
Сам материал представляет собой полиуретановый гель с нанокристаллами целлюлозы. Целлюлоза образует обратимые водородные связи, обеспечивая эффект самовосстановления. Благодаря этому гель может заживлять повреждения при комнатной температуре за несколько часов или быстрее при лёгком нагреве.
В лабораторных тестах материал показал выдающиеся свойства: выдерживает до 4600% растяжения (1 см геля можно растянуть до 46 см) и обладает прочностью, в 2,6 раза превышающей аналогичные материалы без ротаксанов.
Зачем нужен новый гель
Главное преимущество разработки — сочетание сразу трёх функций: прочности, способности к самовосстановлению и «двойного сенсинга» (реакции на нагрузку и температуру).
Это открывает широкий спектр применений:
- Носимая электроника — гель может стать основой для «умных» датчиков, отслеживающих напряжение тканей или суставов в реальном времени.
- Мягкая робототехника — материал позволит создавать гибкие, но прочные элементы, реагирующие на внешнее воздействие.
- Биомедицинские технологии — возможное применение в качестве искусственной кожи или имплантатов, способных к самовосстановлению.
- Электроника нового поколения — создание «устойчивых к повреждениям» компонентов, которые не ломаются внезапно, а заранее подают цветовой сигнал о перегрузке.
Описание разработки опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
