Наноцеллюлозные плёнки с электрически управляемой жёсткостью

Исследователи из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце под руководством профессора Андреаса Вальтера создали материал, жёсткость которого можно мгновенно менять с помощью электрического тока. Вдохновением послужил защитный механизм морских огурцов, способных укреплять свои ткани при атаке хищников.

Принцип работы и материал

Учёные использовали нановолокна целлюлозы (cellulose nanofibrils), извлечённые из клеточной стенки деревьев. Из них получается прозрачная, похожая на стекло нанобумага, по характеристикам сравнимая с алюминиевыми сплавами.

При подаче электрического тока материал становится мягким и эластичным. После отключения тока он снова обретает прочность. Процесс полностью обратим и управляется простым переключателем.

Молекулярный механизм

На молекулярном уровне ток вызывает нагрев материала, что приводит к обратимым разрывам сшивающих точек (cross-linking points). Чем выше напряжение, тем больше точек разрывается и тем мягче становится материал.

Перспективы применения

Эта технология открывает путь от классических статических материалов к адаптивным. Потенциальные области применения:

• Адаптивные демпфирующие материалы, которые могут переключаться из жёсткого состояния в податливое при перегрузке.
• Механические материалы с повышенной устойчивостью к разрушению.

Будущее развитие

Следующая цель — создать материал со встроенной системой накопления энергии, чтобы реакция запускалась автономно, например, при возникновении перегрузки. Работа, выполненная совместно с учёными из Университета Фрайбурга и кластера передовых исследований livMatS, опубликована в журнале Nature Communications.