Wissenschaftler haben neues Material entwickelt, das so flexibel wie elastisch, aber robust wie Stahl ist

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Eine neue Hightech-Faser, die die Elastizität von Gummi mit der Festigkeit eines Metalls kombiniert, wurde von US-Wissenschaftlern entwickelt.

Das härtere, unzerbrechliche Material ahmt die menschliche Haut nach, leitet aber auch Elektrizität und heilt sich nach Gebrauch selbst, wichtige Faktoren für dehnbare Elektronik und weiche Robotik.


Es könnte auch für Verpackungsmaterialien oder Textilien der nächsten Generation verwendet werden.

'Eine gute Möglichkeit, das Material zu erklären, besteht darin, an Gummibänder und Metalldrähte zu denken', sagte Professor Michael Dickey an der North Carolina State University .

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'Ein Gummiband kann sich sehr weit dehnen, aber es erfordert nicht viel Kraft, um es zu dehnen. Ein Metalldraht erfordert viel Kraft, um ihn zu dehnen, aber er kann nicht viel Belastung aushalten - er bricht, bevor Sie ihn sehr weit dehnen können. Unsere Fasern haben das Beste aus beiden Welten. “


„Robuste Materialien in der Natur erhalten die strukturelle Integrität vieler biologischer Gewebe gegen äußere Belastungen. Kollagen beispielsweise stärkt die Haut in einem Netzwerk aus gebündelten Fasern, die schnell und effektiv Energie ableiten und die Ausbreitung von Schnitten verhindern. Der menschliche Muskel wird durch das Biomolekül Titin gestärkt, das sich reversibel entfaltet, um Zugbelastungen aufzunehmen.

„Diese Gewebetypen müssen nicht nur dehnbar sein, um Zugverformungen Rechnung zu tragen, sondern sollten auch hart sein, um ein mechanisches Versagen zu vermeiden.


'Die Fähigkeit, diese Eigenschaften nachzuahmen, ist sowohl für praktische Funktionen (z. B. Verpackungs- und Schutzausrüstung) als auch für neu auftretende Anwendungen wichtig, die einer Dehnung unterliegen (z. B. dehnbare Elektronik, weiche Robotik und elektronische Haut).'

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Die neue Faser hat einen Galliummetallkern, der von einer elastischen Polymerhülle umgeben ist, die weitaus zäher ist als der Metalldraht oder die Polymerhülle allein.

Unter Belastung hat die Faser die Festigkeit des Metallkerns - aber wenn das Metall bricht, versagt die Faser nicht, da die Polymerhülle die Spannung zwischen den Brüchen im Metall absorbiert und die Spannung zurück auf den Metallkern überträgt.


Diese Reaktion ähnelt der Art und Weise, wie menschliches Gewebe gebrochene Knochen zusammenhält.

„Jedes Mal, wenn der Metallkern bricht, wird Energie abgeführt, sodass die Faser bei ihrer Verlängerung weiterhin Energie absorbieren kann“, sagt Dickey. „Anstatt beim Dehnen in zwei Teile zu schnappen, kann es sich vor dem Ausfall bis zum Siebenfachen seiner ursprünglichen Länge dehnen und dabei viele zusätzliche Kabelbrüche verursachen.

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'Anders ausgedrückt: Die Faser reißt nicht und lässt kein schweres Gewicht fallen. Stattdessen senkt die Faser durch wiederholtes Freisetzen von Energie durch interne Brüche das Gewicht langsam und stetig. “

Der Galliumkern ist ebenfalls leitfähig, obwohl er seine Leitfähigkeit verliert, wenn der innere Kern bricht. Die Fasern können jedoch auch wieder verwendet werden, indem die Metallkerne wieder zusammengeschmolzen werden.

Der entsprechende Autor der Studie sagte: „Es besteht großes Interesse an technischen Materialien, um die Zähigkeit der Haut nachzuahmen. Wir haben eine Faser entwickelt, die die Zähigkeit der Haut übertrifft und dennoch elastisch wie Haut ist.

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„Wir haben Gallium für diese Proof-of-Concept-Arbeit verwendet, aber die Fasern konnten so eingestellt werden, dass sie ihre mechanischen Eigenschaften ändern oder die Funktionalität bei höheren Temperaturen beibehalten, indem unterschiedliche Materialien in Kern und Hülle verwendet wurden.

„Dies ist nur ein Proof of Concept, birgt aber viel Potenzial. Wir sind gespannt, wie diese Fasern in der weichen Robotik oder beim Einweben von Textilien für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden können. “

Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschritte in der Wissenschaft .

((UHRdas Lehrvideo unten)

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