Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een vezel ontwikkeld die de elasticiteit van rubber combineert met de sterkte van een metaal, wat resulteert in een taaier materiaal dat kan worden verwerkt in zachte robotica, verpakkingsmaterialen of textiel van de volgende generatie.

"Een goede manier om de stof uit te leggen is te denken aan elastiekjes en metalen draden, " zegt Michael Dickey, corresponderende auteur van een paper over het werk en Alcoa Professor of Chemical and Biomolecular Engineering aan NC State.

"Een elastiekje kan heel ver uitrekken, maar er is niet veel kracht voor nodig om het uit te rekken, " zegt Dickey. "Een metalen draad vereist veel kracht om het uit te rekken, maar het kan niet veel kracht vergen - het breekt voordat je het heel ver kunt uitrekken. Onze vezels hebben het beste van twee werelden."

De onderzoekers creëerden vezels die bestonden uit een kern van galliummetaal omgeven door een elastische polymeermantel. Bij stress, de vezel heeft de sterkte van de metalen kern. Maar als het metaal breekt, de vezel faalt niet - de polymeermantel absorbeert de spanning tussen de breuken in het metaal en brengt de spanning terug naar de metalen kern. Deze reactie is vergelijkbaar met de manier waarop menselijk weefsel gebroken botten bij elkaar houdt.

"Elke keer dat de metalen kern breekt, dissipeert het energie, waardoor de vezel energie kan blijven absorberen naarmate deze langer wordt, "zegt Dickey. "In plaats van in tweeën te breken als hij wordt uitgerekt, het kan tot zeven keer zijn oorspronkelijke lengte uitrekken voordat het faalt, terwijl het onderweg veel extra breuken in de draad veroorzaakt.

"Om er anders over te denken, de vezel zal niet breken en een zwaar gewicht laten vallen. In plaats daarvan, door herhaaldelijk energie vrij te maken door interne pauzes, de vezel verlaagt het gewicht langzaam en gestaag."

bij materialen, taaiheid is het vermogen van een materiaal om energie te absorberen en te vervormen zonder te breken. Je kunt het zien als de hoeveelheid kracht die een materiaal kan absorberen als het over een afstand wordt vervormd. De nieuwe vezel is veel taaier dan de metaaldraad of de polymeermantel op zich.

"Er is veel interesse in technische materialen om de taaiheid van de huid na te bootsen - en we hebben een vezel ontwikkeld die de taaiheid van de huid heeft overtroffen en toch elastisch is als huid, ' zegt Dikkie.

In aanvulling, de galliumkern is geleidend, hoewel deze zijn geleidbaarheid verliest wanneer de interne kern breekt. De vezels kunnen ook worden hergebruikt door de metalen kernen weer aan elkaar te smelten.

"We hebben gallium gebruikt voor dit proof of concept-werk, maar de vezels kunnen worden afgestemd om hun mechanische eigenschappen te veranderen, of om functionaliteit te behouden bij hogere temperaturen, door het gebruik van verschillende materialen in de kern en schaal, ' zegt Dikkie.

"Dit is slechts een proof of concept, maar het heeft veel potentie. We zijn geïnteresseerd om te zien hoe deze vezels kunnen worden gebruikt in zachte robotica of wanneer ze in textiel worden geweven voor verschillende toepassingen."

De krant, "Het verstevigen van rekbare vezels via seriële breuk van een metalen kern, " is gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .