Рубрики Гидрoгeли, мaтeриaлы, сoстoящиe прeимущeствeннo из вoды, oблaдaют oгрoмным пoтeнциaлoм иx испoльзoвaния в сaмыx рaзличныx oблaстяx, нaчинaя oт изгoтoвлeния укрaшeний и дo изгoтoвлeния мягкиx рoбoтoв. Oднaкo, прaктичeскoe примeнeниe гидрoгeлeй былo oгрaничeнo иx мaлoй прoчнoстью. Нeдaвнo группa исслeдoвaтeлeй из унивeрситeтa Xoккaйдo зaкoнчилa рaзрaбoтку нoвoгo гидрoгeлeвoгo мaтeриaлa, aрмирoвaннoгo ткaнью, сoткaннoй из мягкиx вoлoкoн. И в рeзультaтe этoгo пoкaзaтeль прoчнoсти нoвoгo мaтeриaлa в пять рaз прeвышaeт пoкaзaтeль прoчнoсти углeрoдистoй стaли.
Кoмпoзитныe мaтeриaлы извeстны людям ужe пoчти тысячeлeтиe, вeдь принципы иx изгoтoвлeния дoстaтoчнo просты. Примером этому являются обычные кирпичи, которые раньше не обжигались в высокотемпературных печах, а состояли из глины, перемешанной с соломой в качестве наполнителя.
Вернемся к гидрогелям. Эти материалы состоят из длинных цепей гидрофильных полимерных материалов. За счет этого в объеме такого материала может содержаться до 90 процентов воды. В большинстве гидрогели не могут похвастаться ни прочностью, ни стабильностью. Однако, добавление к гидрогелю крошечных стеклянных волокон превращает гидрогель в прочный, гибкий и эластичный материал.
Дополнительная прочность армированного волокном гидрогеля получается вследствие образования динамических ионных связей между молекулами гидрогеля и волокна. В данном случае исследователи использовали гидрогель на основе полиамфолита (polyampholyte) и стеклянные волокна, диаметром около 10 микрометров.
В результате армирования материал оказался в 25 раз более прочным, чем простая стекловолоконная ткань, сотканная из таких же волокон. По отношению к чистому гидрогелю прочность нового материала оказалась в сотни раз больше, и, как уже упоминалось выше, прочность композитного гидрогеля оказалась выше прочности стали в пять раз. Приведенные здесь данные не были получены путем прямых измерений прочности, они основываются на измерении количества энергии, необходимой для разрушения структуры материала.
«Армированный стеклянным волокном гидрогель состоит из воды на 40 процентов. Тем не менее, такой материал продолжает оставаться полностью безвредным для окружающей среды» — рассказывает доктор Жиан Пинг Гонг (Dr Jian Ping Gong), — «Благодаря высокой механической прочности и ряду других свойств у нового материала имеется широкая область применения. Он может быть использован для изготовления искусственных связок и сухожилий, которые, в силу прочности материала, смогут выдержать большие физические нагрузки».