Дослідники з Техаського університету A&M досягли значного прогресу в матеріалознавстві, розробивши новий самозцілюючий полімер, відомий як DAP (Dynamic Action-Powered material). Цей матеріал належить до класу мереж із динамічними ковалентними зв’язками (Covalent Adaptative Networks, CANs) і демонструє унікальну здатність відновлюватися після високошвидкісних ударів, залишаючи дірки, значно менші за розмір снаряда. Таке явище, вперше зафіксоване на будь-якому масштабі, відкриває нові перспективи для використання DAP у космічній, військовій та інших високотехнологічних галузях.
Експерименти проводилися з використанням передового методу LIPIT (laser-induced projectile impact testing), який передбачає запуск мікроскопічних снарядів діаметром 3,7 мікрометра на полімерний шар товщиною від 75 до 435 нанометрів. Процес фіксувався ультрашвидкісною камерою з експозицією 3 наносекунди та інтервалами 50 наносекунд, а аналіз здійснювався за допомогою скануючої мікроскопії, лазерної конфокальної мікроскопії та інфрачервоного наносpectрометра. Результати показали, що DAP поглинає кінетичну енергію, розтягується, плавиться, а при охолодженні відновлює ковалентні зв’язки, що забезпечує його самозцілення.
Цей матеріал має значний потенціал для застосувань, де потрібна висока стійкість до ударів. Наприклад, DAP може використовуватися у вікнах космічних кораблів, які мають витримувати удари мікрометеороїдів зі швидкістю до 10 км/с, для захисту орбітальних супутників або у військовому обладнанні, такому як броня. Хоча ці застосування ще потребують додаткових досліджень, вони підкреслюють перспективність нового полімеру.
Дослідження проводила команда під керівництвом д-ра Светлани Сухішвілі та д-ра Едвіна (Неда) Томаса, а першим автором виступив д-р Чен Санг, який нині працює в Apple, Inc. До складу команди також увійшли Гонгкю Еох, д-ри Кайлу Сяо, Венпенг Шан, Джінхо Хьон та Дмитро Куроускі. Результати були опубліковані в журналі Materials Today (DOI: 10.1016/j.mattod.2024.12.006), що підтверджує їхню наукову значущість.
У порівнянні з попередніми розробками самозцілюючих полімерів, DAP вирізняється своєю здатністю витримувати екстремальні балістичні умови. Наприклад, у 2020–2021 роках Техаський університет A&M разом з Армійською дослідницькою лабораторією США розробляли самозцілюючі полімери для 3D-друку та біомедичних застосувань, які відновлювалися при нагріванні. Однак DAP орієнтований на субмікросекундні балістичні події, що робить його унікальним.
| Характеристика | DAP (2025) | Попередні полімери (2020–2021) |
|---|---|---|
| Основне застосування | Балістична стійкість, космос, військо | 3D-друк, протези, м’яка робототехніка |
| Метод відновлення | Плавлення та відновлення зв’язків | Нагрівання для відновлення зв’язків |
| Швидкість відновлення | Субмікросекундні балістичні події | Секунди при нагріванні |
| Тестування | LIPIT, нанорівень | Тестування на еластичність, 3D-друк |
| Потенціал для багаторазового використання | Планується дослідження | Демонстровано для деяких матеріалів |
У майбутньому дослідники планують вивчати різні композиції DAP, аналізуючи їхню реакцію на температуру та напругу. Основна мета — створення матеріалів, здатних багаторазово деформуватися, ламатися та відновлюватися під час балістичних подій. Наприклад, розробка DAP, який поглинає енергію, ламаючи зв’язки, а потім швидко їх відновлює за допомогою каталізатора, може зробити матеріал придатним для повторних ударів.
Ця робота є важливим кроком у розвитку матеріалів, які можуть революціонізувати космічні технології, захист обладнання та оборонну промисловість. Подальші дослідження допоможуть розкрити повний потенціал DAP і визначити його практичну застосовність у реальних умовах.