Исследователи разработали молекулу, которая при добавлении к полимеру увеличивает долговечность материала, делая его более похожим на металл с точки зрения способности противостоять колебаниям температуры. Говорят, что это может повысить долговечность всего: от пластиковых чехлов для телефонов до ракет.
Благодаря низкой стоимости, низкой плотности, хорошим тепло- и электроизоляционным свойствам и высокой устойчивости к коррозии полимеры встречаются практически во всех предметах, используемых в повседневной жизни. Однако постоянное воздействие тепла и холода приводит к тому, что материалы, в том числе полимеры, расширяются и сжимаются, что в конечном итоге приводит к ухудшению качества.
Различные материалы расширяются и сжимаются с разной скоростью – металлы и керамика, например, сжимаются меньше. чем полимеры. Исследователи из Национальной лаборатории Сандия в США модифицировали молекулу, которая при добавлении к полимеру увеличивает долговечность материала и делает его более похожим на металл.
«Это действительно уникальная молекула: при нагревании она не расширяется, а сжимается, изменяя свою форму», — сказала Эрика Редлайн, ученый-материаловед, возглавлявшая исследовательскую группу. «Когда он добавляется к полимеру, он заставляет этот полимер меньше сжиматься, достигая значений расширения и сжатия, аналогичных металлам. Иметь молекулу, которая ведет себя как металл, — это просто замечательно».
Идея разработки молекулы, меняющей правила игры, имя которой исследователи не назвали, возникла в результате жалоб клиентов Sandia на хрупкость смартфонов, которые сделаны из различных материалов, каждый из которых по-разному реагирует на тепло и холод.
«Возьмем, к примеру, ваш телефон, у которого пластиковый корпус соединен со стеклянным экраном, а внутри него металлы и керамика, составляющие схему», — сказал Редлайн. «Все эти материалы скручены, склеены или каким-то образом связаны друг с другом и начнут расширяться и сжиматься с разной скоростью, оказывая друг на друга нагрузку, которая со временем может привести к их растрескиванию или деформации».
Исследователи говорят, что эта молекула может произвести революцию в использовании полимеров в ряде областей применения, включая электронику, системы связи, солнечные панели, автомобильные детали, печатные платы, аэрокосмические конструкции, оборонные системы и напольные покрытия.
Молекула не только решает текущие проблемы, но и значительно открывает пространство для новых инноваций в будущем», — сказал Джейсон Даггер, инженер-химик из Сандии.
Они говорят, что преимуществом является то, что во время 3D-печати его можно вводить в разные части полимера в разном процентном соотношении.
«Вы можете напечатать структуру с определенным тепловым поведением в одной области и другим тепловым поведением в другой. чтобы материалы в разных частях изделия соответствовали друг другу», — сказал Даггер.
И это также помогает уменьшить вес материалов за счет исключения тяжелых наполнителей. Часто в качестве наполнителей добавляют такие минералы, как карбонат кальция, кремнезем, глина, каолин и углерод, чтобы полимеру было легче формовать и придавать ему форму, а также обеспечить стабильность.
«Это позволило бы нам делать вещи намного легче и экономить массу», — сказал Даггер. «Это особенно важно, например, при запуске спутника. Каждый грамм, который мы можем сэкономить, огромен».
Исследователям пока удалось создать лишь небольшое количество молекулы, но они работают над расширением производства. В настоящее время для производства от 0,2 до 0,3 унции (от 7 до 10 г) требуется около 10 дней.
«К сожалению, синтез этой молекулы — долгий процесс», — сказал Чад Стайгер, химик-органик, ответственный за создание этой молекулы. молекула. «Больше шагов — больше времени и больше денег. Обычно вы видите пяти-шестиэтапный синтез в более ценных материалах, таких как фармацевтические препараты. Что касается полимеров, чем дешевле, тем лучше для широкого внедрения».
Тем не менее, исследователи сохраняют оптимизм в отношении потенциального использования этой молекулы.
«Ничего подобного в мире нет», – сказал Эрик Нагель. , часть исследовательской группы. «Я очень воодушевлен возможностями этой технологии и приложением, которое может быть с ней связано».
