Группа ученых разработала новый материал, способный менять форму. Субстанция, основанная на жидкокристаллических эластомерах (LCE), представляет собой мягкий, резиновый полимер, который реагирует на внешние воздействия – свет или тепло.
Полимер отличается необычайной гибкостью: он может вращаться, наклоняться в разные стороны, сжиматься и растягиваться, что напоминает движения животных. Как отметил один из авторов работы Сяогуан Ван, уникальность жидких кристаллов в их свойствах, которых нельзя добиться с помощью обычных материалов.
Основное преимущество нового полимера — его способность изменять форму. Это открывает возможности для создания мягких роботов, искусственных мышц и других высокотехнологичных устройств, особенно в медицине. Сегодня жидкие кристаллы широко применяются в экранах телевизоров и мобильных телефонов, однако со временем их свойства деградируют. В связи с развитием светодиодов ученые все чаще ищут новые применения для жидких кристаллов, и это исследование стало важным шагом в данном направлении.
В отличие от традиционных материалов, которые могут сгибаться только в одном направлении или требуют сложных многокомпонентных систем для формирования сложных форм, новый полимер является однокомпонентным. Он способен скручиваться в двух направлениях, что обусловлено его реакцией на изменения температуры.
«Жидкие кристаллы имеют ориентационный порядок, то есть они способны самовыравниваться», — поясняет Ван. «При нагревании LCE переходят в разные фазовые состояния, что вызывает изменения в их структуре и свойствах». На молекулярном уровне это означает, что элементы, ранее фиксированные на месте, могут менять расположение, обеспечивая материалу большую гибкость. Это также упрощает процесс его производства.
Результаты работы демонстрируют три фазовых состояния, через которые проходит материал при изменении температуры. На этих этапах молекулы перестраиваются и самоорганизуются в новые конфигурации. Это ключевой фактор, который позволяет материалу деформироваться в двух направлениях, отметил соавтор исследования Алан Вейбл, аспирант кафедры химической и биомолекулярной инженерии.
Полимер имеет потенциал для масштабирования, что позволяет адаптировать его для самых разных нужд. Среди возможных применений — системы контролируемой доставки лекарств, биосенсоры и механизмы для сложных движений в роботах нового поколения.
Ученые подчеркивают, что их работа открывает новые возможности для разработки многокомпонентных материалов. В будущем такой полимер может стать полезным инструментом в сложных задачах, требующих высокой точности, например, при создании искусственных суставов или модернизации нанороботов для хирургических операций.
«В ближайшие годы мы планируем изучить новые области применения и надеемся выйти на медицинский рынок», — говорит Вейбл. Исследователи уверены, что их полимер станет основой для новых технологий и научных открытий в обозримом будущем.
Ранее ученые нашли способ создания жестких эластичных полимеров.