Los ingenieros imprimen ‘metometrils’ sintéticos que son fuertes y altos

Los metretriales son materiales artificiales con estructuras de microscopio que dan propiedades extraordinarias al material general. Un gran enfoque ha sido el diseño de metímómeros, que es más fuerte y difícil que sus homólogos tradicionales. Pero hay un comercio: material duro, tan flexible.

Los ingenieros del MIT ahora han descubierto un método para fabricar un metómetro, que es fuerte y tirando. El material básico suele ser muy severo y fácil de romper, pero se imprime en muestras precisas y complejas que forman una estructura que es fuerte y flexible.

La clave de las características duales del nuevo material es una combinación de puntadas de microscopio estrictos y una arquitectura tejida suave. Esta “red doble” microscópica, que se imprime utilizando el polímero PlexGlass, desarrolló un material que puede extenderse cuatro veces más que su tamaño sin romperse por completo. En comparación, en otras formas, el polímero no es muy bajo y se dispersa fácilmente después de estallar.

Los investigadores dicen que el nuevo diseño de doble red también se puede aplicar a otros materiales, por ejemplo, cerámica continua, gafas y metales. Tales materiales de banda aún duros se pueden hacer en textiles resistentes a la lágrima, semiconducciones flexibles, envasado de chips electrónicos y dispersas duraderas que aún cumplen, que tienen que cultivar células para reparar el tejido.

“Estamos abriendo esta nueva área para Matmometerales”, dice Carlos Portela, profesor asociado de Desarrollo Novato de Robert Ann en el MIT. “Puede imprimir un metal o cerámica de doble red, y puede obtener muchos de estos beneficios, para que tengan más energía para romper, y estarán significativamente más expuestos”.

Portela y su compañero informarán sus resultados en la revista Contenido de la naturaleza. Sus co -autores del MIT incluyeron al primer autor James Atama Sarjadi, así como a Bastin Eman y Molly Carton.

Gel alentado

Además, junto con otros grupos de investigación, Portela y sus colegas generalmente han diseñado metometrial a través de la impresión o la nanofabricación del loto de microscopio utilizando polímeros tradicionales como Pelixglass y cerámica. La muestra específica, o la arquitectura, que imprimen, pueden proporcionar resistencia al metometerial como resultado de una resistencia y efecto extraordinarios.

Hace muchos años, Portela tenía curiosidad sobre si se podía hacer una metimetrial de una sustancia natural, pero debería ser una muestra de una manera que lo convertiría en una versión más suave y de camilla.

“Notamos que el campo de Matomatares realmente no intentaba afectar el círculo de sustancias blandas”. “Hasta ahora, todos estamos buscando los materiales más duros y fuertes”.

En cambio, encontró una manera de sintetizar matrómeros estratégicos suaves. En lugar de ocultar las puntadas del microscopio y la traza, lo mismo que los metómetros tradicionales basados ​​en Meterus, él y su equipo abrazaron los resortes o bobinas. Descubrieron que, mientras que el material que usaban era tan duro como el plexglass en sí, el metamomatheel resultante era suave y primavera, como el caucho.

“Eran largos, pero muy suaves y cumplidos”, recordó Portela.

Buscando formas de aumentar su metómetro suave, el equipo se inspiró en sustancias completamente diferentes: Hydrogel. Los hidrogeles son materiales suaves, estiradores, de gel y similares que consisten principalmente en agua y una ligera estructura de polímero. Los investigadores, incluidos los grupos del MIT, han ideado formas de hacer hidrógenos, que son blandos y estirados. Lo hacen conectando redes de polímeros con características muy diferentes, como una red de moléculas que se apretan naturalmente, que está químicamente vinculada a otra red molecular que es naturalmente suave. Portela y sus colegas se preguntaron si dicho diseño de doble red podría adaptarse al metrómetro.

“Fue nuestro momento ‘Ah'”, dice Portela: “¿Podemos hacer que los aventureros hicieran metimetriales con estos hidrogeles con características similares y estiramientos similares?”

puntal y hecho

Para su nuevo estudio, el equipo desarrolló un metómetro combinando dos arquitectura de microscopio. El primero es un andamio resistente y similar a la cuadrícula y rastros. El segundo es una muestra de las bobinas que están atadas alrededor de cada puntal y el tránsito. Ambas redes están hechas del mismo plástico acrílico y al mismo tiempo, utilizando una técnica de impresión basada en láser de alta precisión, llamada litografía de dos fotones.

Los investigadores asaltaron las nuevas muestras de metometra de doble red afectadas por la red, cada una medida de varios micras cuadradas a varios milímetros cuadrados. Puso el material a través de una serie de pruebas de estrés, en la que vinculó cualquier muestra de la muestra con una prensa nanoomicular especial y midió su resistencia para separar el material. También grabó videos de alta resolución para observar los lugares y métodos en los que el material se extendió y se desgarró.

Descubrió que su nuevo diseño de doble red era tres veces mayor que su propia longitud, que era 10 veces más alta que el estilo de medidor tradicional impreso con el mismo plástico acrílico. Puertela dice que la resistencia constante al nuevo material proviene de la interacción entre las cuerdas duras y la popa del material, las coids, a medida que la sustancia se apuñala y tira.

“Piense en esta red tejida como una tierra de espagueti que se enreda alrededor de una falsa. Cuando rompemos la red falsa falsa, vienen por una parte rota, y ahora todos estos espagueti se involucran con piezas falsas”. “Promueve más confusión entre las fibras hechas, lo que significa que tiene más fricción y más consumo de energía”.

En otras palabras, una estructura suave en la nutrición dura del material del material causa más estrés gracias a los muchos planetas o confusión promovida por Stits desgarrados. Dado que este estrés se extiende desigual a través del material, es poco probable que la grieta inicial cruce el camino recto y rasgue el material rápidamente. Además, el equipo descubrió que si introdujeron agujeros estratégicos, o “defectos” en el metrómetro, podrían eliminar cualquier tensión de la cual el contenido se realiza, lo que lo hace aún más rápido y más resistente a la desgarro.

“Crees que empeora el asunto”, dice Sarjadi, co -autor del estudio. “Pero una vez que comenzamos a agregar defectos, vimos que la cantidad de la extensión que podríamos ser duplicadas, y la energía que eliminamos tres veces aumentó. Esto nos da un material que es duro y duro, lo cual generalmente es contradictorio”.

El equipo ha desarrollado un marco computacional que puede ayudar a los ingenieros a evaluar cómo un metamador realizará su estilo de redes difíciles y de tracción. Se imaginan que tales planos serán útiles para diseñar textiles y telas a prueba de lágrimas.

“También queremos probar este enfoque en un contenido roto adicional, para que puedan hacerse multi -facetados”, dice Portela. “Hasta ahora hemos hablado de propiedades mecánicas, pero ¿qué sucederá si podemos hacerlos un conductor o hacer que sea responsable de la temperatura? Para esto, ambas redes pueden estar hechas de diferentes polímeros, que responden a la temperatura de diferentes maneras, para que una tela pueda abrir sus agujeros cuando puede abrir sus agujeros.

Esta investigación fue parcialmente asistida por la American National Science Foundation y el Fondo Mit M y MathWorks Seed.