Учёные создали программируемые мягкие материалы с уникальными свойствами

Автор: Джули Манчини

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) совместно с коллегами из Гарвардского университета, Калифорнийского технологического института, Национальных лабораторий Сандия и Университета штата Орегон разработали новый класс программируемых мягких материалов. Эти материалы способны поглощать удары, изменять форму при нагревании и демонстрируют уникальные адаптивные свойства.

Работа, опубликованная в журнале Advanced Materials, основана на использовании жидкокристаллических эластомеров (LCE) — резиноподобных полимеров, реагирующих на тепло, свет или механическое воздействие. Учёные создали из этих материалов трёхмерные решётчатые структуры с помощью 3D-печати.

«Нас больше всего вдохновляет беспрецедентный уровень контроля — от молекулярного масштаба до макроструктуры — который позволяет проектировать материалы, реагирующие и адаптирующиеся к окружающей среде», — заявил ведущий автор исследования, инженер LLNL Родриго Тельес.

Ключевая особенность новых материалов — их поведение под нагрузкой. В отличие от традиционных силиконов или пеноматериалов, LCE обладают «мягкой эластичностью»: их молекулярная структура переориентируется под напряжением, что позволяет эффективно поглощать энергию и восстанавливаться после деформации.

В испытаниях решётчатые структуры из LCE поглощали до 18 раз больше энергии при высокоскоростных ударах по сравнению с силиконовыми аналогами. При этом они сохраняли целостность после многократных воздействий, что делает их перспективными для защитного снаряжения, аэрокосмических компонентов и робототехники.

«Устойчивость материала обусловлена уникальным поведением LCE при нагрузке», — пояснила соавтор исследования Элейн Ли. «При ударе молекулы жидких кристаллов быстро переориентируются, рассеивая энергию по всей структуре».

Учёные также разработали компьютерные модели для прогнозирования поведения материала. В перспективе планируется создание более сложных структур для динамических применений — от адаптивной брони до биомедицинских устройств.

Дополнительная информация: Rodrigo Telles et al, Architected Liquid Crystal Elastomer Lattices with Programmable Energy Absorption, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202420048

Источник: Lawrence Livermore National Laboratory