А в чем тренд?
«Умные» материалы обладают способностью изменять свои свойства (форму, жесткость, цвет, прозрачность) в ответ на внешние стимулы — температуру, давление, ток и т.д. Они используются в различных областях, включая электронику, медицину, робототехнику и архитектуру. Рынок «умных» материалов в 2022 году оценивался в $52,6 млрд. И в будущем он будет постепенно расти: эксперты прогнозируют, что он достигнет объемов $97,3 млрд к 2028 году.
Жидкий металл уже используется в микросхемах и датчиках, но не как покрытие. Группа ученых под руководством Бо Юаня из Университета Цинхуа в Китае придумала способ наносить жидкий металл, чтобы он прилипал к объектам без клея. Исследователи обнаружили, что покрытая таким материалом бумага может самостоятельно складываться в фигуры оригами, проводить тепло и электричество.
Липкий сплав
Жидкий металл редко липнет к поверхностям без клея. Клей же негативно влияет на свойства самого вещества, в том числе на проводимость. Чтобы найти металл, который бы мог прилипать без клея, Бо Юань с коллегами сравнили два сплава — висмута, индия и оксида олова (BiInSn), а также индия и галлия (eGaIn).
BiInSn оказался более эффективным. В отличие от eGaIn, он не окисляется при контакте с воздухом, имеет более высокую температуру плавления и способен к более сильной адгезии (уровень сцепления поверхности). В интервью порталу ArsTechnica Бо Юань отметил: «Нам нужно было обеспечить равномерную адгезию жидкого металла в больших масштабах на разной бумаге и сохранить стабильность покрытия. Чтобы решить эти проблемы, мы меняли давление, оказываемое на металлический штамп, и в итоге нашли наиболее подходящие параметры».
Самораскрывающийся куб
Исследователи создали из бумаги с металлическим покрытием кубик оригами, края которого должны были прилипать друг к другу без какого-либо другого связующего вещества. Они увидели, что после разворачивания этого куба бумага с покрытием может складываться обратно в свою первоначальную форму: из-за самоклеящегося металлического покрытия края, которые были развернуты, притягивались друг к другу, пока бумага снова не принимала форму куба. Другой формой, которую испытывали изобретатели, была пружина, которую можно было растягивать или сжимать, а после она принимала прежнее положение.
Использование жидкого металла
Бо Юань считает, что обнаружение самоклеящегося жидкого металла — это большой успех. По его словам, если это можно сделать с бумагой, то и из других материалов можно создать «умные» объекты. Теперь ученый планирует найти другое покрытие, от которого металл не будет отслаиваться после застывания.
Исследователь рассматривает возможность тестирования биологически безопасного лака для покрытия материалов, которые могут быть использованы следующим образом:
- в качестве упаковки: коробки будут открываться и закрываться сами по себе, как бумажный куб в эксперименте;
- на человеческой коже: бинты будут сниматься безболезненно;
- под водой;
- на других планетах.
Космос и океан
Некоторые роботы уже могут исследовать глубины океана, где давление слишком велико для человека, а трещины и щели слишком малы для больших машин. Устройства разрабатываются с учетом возможности прокладки туннелей на Марсе и других космических телах. Самоклеящееся покрытие из жидкого металла поможет им самостоятельно складываться и раскладываться. Юань отмечает: «Используя наш метод, можно быстро создать «умные» материалы с хорошей тепло- и электропроводностью, а также способностью регулировать жесткость, что значительно расширяет возможности материалов. Я думаю, что этот метод может открыть новые возможности для исследования космоса».