Изследователите са разработили молекула, която, когато се добави към полимер, увеличава издръжливостта на материала, като го прави по-подобен на метал по отношение на способността му да издържа на температурни колебания. Казват, че може да увеличи издръжливостта на всичко – от пластмасови калъфи за телефони до ракети.
Поради тяхната ниска цена, ниска плътност, добри топло- и електроизолационни свойства и висока устойчивост на корозия, полимерите се намират в почти всеки артикул, използван в ежедневието. Продължителното излагане на топлина и студ обаче кара материалите, включително полимерите, да се разширяват и свиват, което в крайна сметка води до влошаване.
Различните материали се разширяват и свиват с различна скорост – металите и керамиката например се свиват по-малко от полимерите. Изследователи от Sandia National Laboratories в САЩ са модифицирали молекула, която, когато се добави към полимер, увеличава издръжливостта на материала, за да го направи по-подобен на метал.
„Това наистина е уникална молекула, която, когато я нагреете, вместо да се разширява, тя всъщност се свива, като претърпява промяна във формата си“, каза Ерика Редлайн, учен по материали, който ръководи изследователския екип. „Когато се добави към полимер, той кара този полимер да се свива по-малко, достигайки стойности на разширение и свиване, подобни на тези на металите. Да имаш молекула, която се държи като метал, е доста забележително.
Идеята за разработване на променящата играта молекула – която изследователите не са назовали – възниква от постоянни оплаквания от клиенти на Sandia относно крехкостта на смартфоните, които са направени от различни материали, всеки от които реагира по различен начин на топлина и студ.
„Вземете например вашия телефон, който има пластмасов корпус, съчетан със стъклен екран, и вътре в него металите и керамиката, които изграждат веригата“, каза Редлайн. „Всички тези материали са завинтени, залепени или някак си свързани заедно и ще започнат да се разширяват и свиват с различна скорост, оказвайки напрежение един върху друг, което може да ги накара да се напукат или изкривят с течение на времето.“
Изследователите казват, че молекулата може да революционизира начина, по който полимерите се използват в редица приложения, включително електроника, комуникационни системи, слънчеви панели, автомобилни части, печатни платки, космически дизайни, защитни системи и подови настилки.
„Молекулата не само решава настоящите проблеми, но значително отваря пространство за дизайн за повече иновации в бъдеще“, каза Джейсън Дъгър, химически инженер от Sandia.
Те казват, че предимството е, че може да се въведе в различни части на полимер в различни проценти по време на 3D печат.
„Можете да отпечатате структура с определено топлинно поведение в една област и друго топлинно поведение в друга, за да съответства на материалите в различни части на предмета“, каза Дъгър.
И също така помага за намаляване на теглото на материалите чрез елиминиране на тежките пълнители. Често минерали като калциев карбонат, силициев диоксид, глина, каолин и въглерод се добавят като пълнители, за да направят полимера по-лесен за формоване и оформяне и да осигурят стабилност.
„Това ще ни позволи да правим нещата много по-леки, за да спестим маса“, каза Дъгър. „Това е особено важно при изстрелването на сателит, например. Всеки грам, който можем да спестим, е огромен.”
Изследователите досега са създали само малки количества от молекулата, но работят върху начин за увеличаване на производството. Понастоящем са необходими около 10 дни, за да се произведат между 0,2 до 0,3 унции (7 до 10 g).
„За съжаление това е дълъг синтез за тази молекула“, каза Чад Стайгер, органичният химик, отговорен за създаването на молекулата. „Повече стъпки се равняват на повече време и повече пари. Обикновено виждате синтези от пет до шест стъпки в материали с по-висока стойност, като например фармацевтични продукти. При полимерите колкото по-евтино, толкова по-добре за широкомащабно приемане.“
Въпреки това, изследователите остават оптимисти относно потенциалните употреби на молекулата.
„Няма нищо подобно там“, каза Ерик Нагел, част от изследователския екип. „Наистина съм развълнуван от възможностите за това какво може да направи тази технология и приложението, което може да бъде свързано с това.“
източник: Национални лаборатории Sandia
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
