Каждый раз, садясь за руль, поднимаясь в воздух на самолёте или даже поливая газон, вы полагаетесь на материал, который почти столетие остаётся неотъемлемой частью современной жизни — армированную резину. Команда учёных разгадала давнюю загадку материаловедения: как добавление крошечных частиц технического углерода превращает мягкую эластичную резину в материал, способный выдержать вес полностью загруженного самолёта. Ранее учёные предлагали разные объяснения: одни полагали, что частицы образуют в резине цепочечные структуры, другие — что они действуют как клей, повышая жёсткость, третьи — что частицы просто занимают место, заставляя резину сильнее растягиваться. Ни одна гипотеза не давала полной картины.
Формула армированной резины почти не менялась десятилетиями: добавление микроскопических частиц делает материал намного прочнее и долговечнее. Именно поэтому шины чёрные и могут годами выдерживать высокие температуры, износ и постоянные нагрузки. Проведя 1500 симуляций молекулярной динамики, исследователи обнаружили, что ключевую роль играет явление, известное как несоответствие коэффициента Пуассона, которое заставляет резину сопротивляться изменениям собственного объёма. При добавлении частиц технического углерода они действуют как крошечные опоры, ограничивающие степень растяжения.
Резина вынуждена увеличиваться в объёме, чему она естественно сопротивляется, фактически «сражаясь сама с собой», что ведёт к огромному росту прочности и жёсткости. Важно, что новое открытие не отменяет прежние теории, а объединяет их: предложенные ранее идеи — сетки из частиц, клеевые взаимодействия и эффект заполнения пространства — оказались разными аспектами одного и того же процесса сопротивления изменению объёма.
Как узнать «срок годности» шин?
