Растяни, согни, переработай: новый метод 3D-печати позволяет создать «чудо-пластик»
А вы когда-нибудь задумывались, что будущее пластика может оказаться не таким уж и закостенелым, каким мы его привыкли видеть? Инженеры из Принстона, кажется, именно так и решили. Они разработали метод 3D-печати, позволяющий создавать мягкие пластики, которые не просто гнутся и тянутся, но еще и поддаются переработке, оставаясь при этом доступными по цене. Звучит как фантастика, правда? Но, как говорится, «не всё то золото, что блестит», — здесь всё по-настоящему.
Секрет в наноразмерах
В чем же заключается магия этого нового материала? Всё дело, как это часто бывает, в структуре. Но не в той, которую мы видим глазами, а в той, что скрыта на уровне наночастиц. Представьте себе эластичную матрицу, в которой, словно крошечные скелеты, встроены жесткие цилиндрические структуры. Эти «скелеты» в сотни тысяч раз тоньше человеческого волоса и сделаны из особого вида полимера. И вот именно их ориентация и задает материалу его уникальные свойства.
Позвольте пояснить: обычный пластик, как правило, имеет однородную структуру. Но принстонские инженеры научились с помощью 3D-печати выстраивать эти наноцилиндры так, чтобы пластик в одном направлении был твердым, а в другом — мягким и эластичным. Более того, они могут менять направление этих структур внутри одного и того же объекта. Вот почему мы можем получить изделие, которое будет гнуться только в одном направлении и оставаться жестким в другом. По сути, они научились программировать свойства пластика на микроскопическом уровне. Занятно, не правда ли?
Как это работает?
Но как же они этого добились? Ключ к успеху — в термопластичных эластомерах. Это такие полимеры, которые при нагревании ведут себя как пластик, а при охлаждении становятся эластичными. Помните игрушку-лизуна, которая была одновременно и тягучей, и плотной? Вот что-то вроде этого, только на молекулярном уровне.
Дело в том, что такие полимеры, будучи блок-сополимерами, ведут себя подобно маслу и воде — не смешиваются, а расслаиваются на отдельные области. В этом-то и кроется их потенциал. Ученые использовали это свойство для создания материала, в котором внутри эластичной основы находятся жесткие наноструктуры. А с помощью 3D-печати они «научили» эти наноструктуры выравниваться нужным образом.
Термический отжиг: магия тепла
Но на этом чудеса не заканчиваются. Помните старые добрые металлические изделия, которые закаляли в печи? У этого процесса есть близкий родственник и в мире полимеров — термический отжиг. Так вот, этот процесс не только улучшает свойства напечатанного пластика, но и позволяет ему самовосстанавливаться. Если вы разрежете такой пластик, а потом нагреете место разреза, материал восстановится до первоначального состояния. Это ли не настоящее чудо?
А знаете что еще? Эти материалы, в отличие от своих аналогов, довольно доступны по цене. Если жидкокристаллические эластомеры обходятся в 2,5 доллара за грамм, то принстонские термопласты — всего в один цент. Разница очевидна.
От вазы до биомедицины: где это пригодится?
Представьте, что мы можем создавать мягких роботов, гибкие медицинские имплантаты или даже прочные шлемы, напечатанные на 3D-принтере. И всё это — из перерабатываемого и недорогого пластика. Инженеры уже продемонстрировали возможности своей технологии, напечатав миниатюрную вазу и даже надпись PRINCETON, где буквы изгибались под разными углами.
И это, по сути, только начало. Ученые планируют использовать новую технологию для создания носимой электроники и биомедицинских устройств.