Создан самовосстанавливающийся гель, который растягивается в 46 раз и меняет цвет

Самовосстанавливающиеся органогели демонстрируют ратиометрическую механо-флуоресценцию: оранжевое свечение (603 нм) в расслабленном состоянии, синее (451 нм) после растяжения. Автор: Adv. Funct. Mater. (2025): e19737. DOI: 10.1002/adfm.202519737

Учёные из Тайваня разработали новый материал, способный растягиваться до 4600% от своей первоначальной длины перед разрывом. Даже если он разрывается, аккуратное соединение частей при комнатной температуре позволяет ему восстановиться, полностью возвращая свою форму и растяжимость в течение 10 минут.

Липкие и эластичные полиуретановые (PU) органогели были созданы путём комбинации ковалентно связанных нанокристаллов целлюлозы (CNCs) и модифицированных механически сцепленных молекул (MIMs), которые действуют как искусственные молекулярные мышцы.

Эти «мышцы» делают гель чувствительным к внешним воздействиям, таким как растяжение или тепло, заставляя его менять цвет с оранжевого на синий в зависимости от того, находится материал в покое или стимулируется. Благодаря этим уникальным свойствам гели открывают большие перспективы для технологий следующего поколения — от гибкой электронной кожи и мягких роботов до решений для защиты от подделок.

Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

MIMs, такие как ротаксаны и «ромашковые цепи», перспективны, поскольку их молекулярное движение повышает прочность и гибкость. Они также открыли мир механохромных материалов — веществ, которые флуоресцируют или меняют цвет в ответ на стимул.

Эти материалы содержат молекулярные переключатели, называемые механофорами, которые реагируют на силу разрывом и образованием химических связей, приводя к небольшим, но драматическим структурным изменениям.

Исследования показывают, что даже небольшие количества MIMs могут значительно улучшить растяжимость и прочность полимеров. Хотя механофоры обычно используются для измерения температуры и силы, их интеграция в самовосстанавливающиеся системы оказалась сложной задачей.

Чтобы решить эту проблему, исследователи экспериментировали с различными составами для создания новых PU органогелей. Они достигли желаемой прочности, растяжения, самовосстановления, адгезии и цветоизменяющих свойств в органогелях, включив MIMs, модифицированные специальными флуоресцентными группами под названием DPAC, и нанокристаллы целлюлозы посредством процесса ступенчатой полимеризации.

PU органогели, содержащие около 1,5 мас.% MIMs, продемонстрировали отличную прочность 142 МДж/м³ и растяжимость в 46 раз от собственного размера. Органогели излучали оранжевую или синюю флуоресценцию в зависимости от степени растяжения материала.

В расслабленном состоянии единицы DPAC в материале вибрировали свободно с частотой 603 нм, что давало оранжевый свет. Растяжение прикладывало силу, которая заставляла единицы DPAC скользить, ограничивая вибрации и смещая излучение к синему цвету на 451 нм.

a) Фотографии и b) оптические микроскопические изображения самовосстанавливающегося органогеля на основе DPAC. Автор: Adv. Funct. Mater. (2025): e19737. DOI: 10.1002/adfm.202519737

Гели самовосстанавливались при комнатной температуре, восстанавливая более 90% своей первоначальной прочности и растяжимости. Этот самовосстановительный процесс поддерживался водородными связями, введёнными через нанокристаллы целлюлозы.

Масштабированное для массового производства, этот материал может способствовать созданию устойчивых технологий, сигнализируя о необходимости ремонта и продлевая срок службы продуктов.

Больше информации: Tu Thi Kim Cuc et al, Effective Sliding Motions of Vibration‐Induced Emission Stoppers in Mechanically Interlocked Molecules as Artificial Muscle Tougheners and In Situ Molecular Shuttling Sensors for Self‐Healable Mechano‐Fluorescent Polyurethane Organogels, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202519737