«Μεταϋλικό» αλλάζει ιδιότητα από σκληρό σε μαλακό και αντίστροφα

Τα μεταϋλικά, πρόκειται για υλικά που δεν υπάρχουν στη φύση, αλλά κατασκευάζονται θεωρητικά και στη συνέχεια εργαστηριακά, αποκτώντας τις ιδιότητές τους από τον τρόπο με τον οποίο το φτιάχνονται, άσχετα με το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένα.

Γενικότερα, όταν δημιουργείται ένα τεχνητό υλικό, κατά κανόνα δεν είναι δυνατό από σκληρό να αλλάξει σε μαλακό και το αντίθετο- ωστόσο ομάδα ερευνητών του University of Michigan ανέπτυξε μια νέα μέθοδο σχεδιασμού ενός «μεταϋλικού», που του επιτρέπει να αλλάζει ιδιότητες, καθώς εναλλάσσεται από σκληρό σε μαλακό και μετά ξανά σε σκληρό χωρίς να παθαίνει ζημιά ή να αλλοιώνεται.

Τα μεταϋλικά είναι τεχνητά υλικά τα οποία παίρνουν τις ιδιότητές τους- στη συγκεκριμένη περίπτωση, το αν ένα υλικό είναι μαλακό ή σκληρό- από τον τρόπο με τον οποίο το υλικό φτιάχνονται αντί για το υλικό από το οποίο φτιάχνονται. Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να καθορίζουν τη δομή ενός μεταϋλικού για να το κάνουν να παρουσιάζει συγκεκριμένες ιδιότητες.

Στο πλαίσιο της έρευνας, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν τρόπο σύνθεσης ενός μεταϋλικού που μπορεί να «ρυθμίζεται» εύκολα προκειμένου να μεταβάλλεται η σκληρότητα και ακαμψία της επιφάνειάς του, σε πολύ μεγάλο βαθμό. Από τη στιγμή που αυτές οι ιδιότητες δεν είναι «τοπολογικά προστατευμένες» (δηλαδή οι ιδιότητες προέρχονται από τη συνολική δομή του), τότε μπορούν να διατηρούνται εύκολα, ακόμα και αν το υλικό εναλλάσσεται συνέχεια ανάμεσα στις δύο καταστάσεις (τη μαλακή και τη σκληρή).

«Η καινοτόμα διάσταση αυτού του μεταϋλικού είναι ότι η επιφάνειά του μπορεί να μεταβληθεί από σκληρή σε μαλακή και το αντίθετο» λέει η Ξιαομίνγκ Μάο, βοηθός καθηγήτρια Φυσικής. «Συνήθως είναι δύσκολο να αλλάξεις την ακαμψία ενός παραδοσιακού υλικού. Είναι είτε σκληρό είτε μαλακό, μετά τη δημιουργία του υλικού».Όπως σημειώνει η Μάο, ο τρόπος με τον οποίο ένα αντικείμενο έρχεται σε επαφή με την άκρη του μεταϋλικού αλλάζει τη γεωμετρία της δομής του, και ως εκ τούτου το πώς αυτό αντιδρά στην πίεση στην άκρη. Αλλά η τοπολογική προστασία του μεταϋλικού επιτρέπει στο εσωτερικό του να αποφεύγει τη ζημιά.

Το συγκεκριμένο υλικό θα μπορούσε μια ημέρα να φτάσει στο σημείο να χρησιμοποιείται για την κατασκευή αυτοκινήτων ή στην πυραυλική τεχνολογία. Ειδικά στα αυτοκίνητα, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για απορρόφηση των δονήσεων από μια σύγκρουση. «Όταν οδηγάς ένα αυτοκίνητο, θες να είναι άκαμπτο, σκληρό, για να μπορεί να σηκώνει φορτίο. Σε μια σύγκρουση, θες τα τμήματά του να γίνονται πιο μαλακά για να απορροφούν την ενέργεια από τη σύγκρουση και να προστατεύουν τους επιβαίνοντες» αναφέρει η Μάο.

Ακόμη, οι ερευνητές θεωρούν πως το υλικό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ελαστικών για δίκυκλα που προσαρμόζονται μόνα τους στα δεδομένα μαλακών επιφανειών, όπως η άμμος, για καλύτερη κίνηση, ή για την κατασκευή ανθεκτικών στις ζημιές, πολλαπλών χρήσεων πυραύλων.