Группа исследователей из Бельгии создала высокопрочный растягивающийся датчик с удивительными способностями к самовосстановлению — настолько удивительными, что он может восстановиться после того, как его разрезали пополам, и при этом работать практически идеально
Чтобы создать долговечный датчик, исследователи решили использовать полимер с механизмом химической связи, который называется сшивкой по Дильсу — Альдеру. Эти химические связи обратимы, то есть они могут разрушаться при повреждении и восстанавливаться при повторном контакте. «Когда материал разрезается, разорванные связи вступают в реакцию и при правильном выравнивании [восстанавливаются], возвращая полимеру первоначальную структуру», — говорит ведущий автор Ратул Сангма — кандидат наук в Брюссельском свободном университете, сотрудничающий с Imec.
В ходе экспериментов исследователи показали, что полимер можно разрезать пополам и он самовосстановится при комнатной температуре примерно за 24 часа. Процесс самовосстановления можно ускорить до четырёх часов, если поместить датчик в духовку, разогретую до 60 °C.
Внутри полимера находится жидкий металл под названием галинстан, который выступает в роли проводника. Можно было бы ожидать, что жидкий металл вытечет при серьёзном повреждении полимера, но исследователи обнаружили, что потеря галинстана минимальна. Они предполагают, что жидкий металл окисляется при контакте с воздухом, а образующийся оксид создаёт тонкий защитный барьер, который препятствует вытеканию жидкости. Оксидный барьер разрушается, когда две части датчика механически соединяются.
«Этот механизм удивительно похож на то, как в человеческих венах после разрыва образуется тромб, предотвращающий дальнейшую кровопотерю, — говорит Сангма. — В данном случае оксид действует как временная пломба, сохраняющая целостность системы до полного заживления».
В ходе серии испытаний исследователи изучали, как неповреждённые и повреждённые датчики реагируют на дрейф — постепенное изменение сигнала датчика в течение длительного периода непрерывного растяжения и сжатия. Результаты показали, что неповреждённый датчик, подвергшийся 800 циклам растяжения, дрейфовал менее чем на 5 %, а датчик, который разрезали пополам и растянули такое же количество раз, дрейфовал менее чем на 10 %.