Перейти к содержимому

Революция в материаловедении: новый полимер растянется в 40 раз без потери прочности!

Революция в материаловедении: новый полимер растянется в 40 раз без потери прочности!

Исследователи из Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии совершили настоящий прорыв в материаловедении, разработав революционную полимерную структуру, которая, по сути, ломает устоявшийся принцип компромисса между жесткостью и растяжимостью материала.  Их инновация, названная «складчатые полимерные сети»,  представляет собой принципиально новый подход к созданию полимерных материалов, открывающий широчайшие перспективы применения в самых разных областях, от биомедицины и робототехники до аэрокосмической промышленности и создания новых типов носимых электроники.

Проблема взаимосвязи жесткости и растяжимости полимеров является одной из центральных в материаловедении. С момента изобретения вулканизированной резины Чарльзом Гудьером в 1839 году,  увеличение жесткости полимерного материала неизбежно сопровождалось снижением его эластичности и наоборот. Это ограничение,  продиктованное самой природой полимерных цепей и способами их сшивания,  долгое время тормозило разработку материалов, обладающих одновременно высокой прочностью и значительной гибкостью.  Классические полимерные сети представляют собой совокупность длинных молекулярных цепей, соединенных поперечными связями – сшивками.  Увеличение количества этих сшивок повышает жесткость материала, но одновременно уменьшает его способность к деформации – материал становится хрупким и легко рвется.  Это ограничение ставило инженеров перед сложным выбором:  жертвовать либо прочностью, либо гибкостью материала,  что значительно сужало спектр возможных применений.

Например, создание гибких и прочных сердечных имплантатов, которые бы выдерживали многолетнюю эксплуатацию в условиях постоянных механических нагрузок,  становится крайне сложной задачей.  То же самое относится к созданию гибкой электроники,  робототехнических устройств с мягкими манипуляторами,  биосовместимых имплантатов для регенеративной медицины и многих других областей.  Все эти приложения требуют материалов, обладающих одновременно высокой прочностью и превосходной гибкостью, что до недавнего времени было недостижимо.

Команда Лиханя Цая предложила радикальное решение этой проблемы, разработав  «складчатые полимерные сети».  Вместо традиционных линейных цепей, в их конструкции используются специально разработанные молекулярные структуры,  способные к самосборке в сложные трёхмерные образования, напоминающие складки.  Эти складки играют ключевую роль в обеспечении уникальных механических свойств материала.  При растяжении, складки развертываются,  поглощая энергию деформации и предотвращая разрыв материала.  Это позволяет одновременно достигать высоких показателей жесткости и растяжимости.

Более того,  инновационность подхода Цая заключается не только в самой структуре сети, но и в способе её создания.  Используемые полимеры и методика их обработки  позволяют точно контролировать параметры «складок»,  а значит, регулировать механические свойства конечного материала в широком диапазоне.  Это открывает новые возможности для проектирования материалов «под заказ»,  с заранее заданными характеристиками жесткости, растяжимости, прочности на разрыв и другими параметрами.

Технология создания «складчатых полимерных сетей» достаточно сложна и включает в себя несколько этапов.  Первым этапом является синтез специальных полимеров, содержащих функциональные группы, способствующие самосборке.  Затем эти полимеры растворяются в подходящем растворителе и подвергаются определенной обработке,  в ходе которой происходит формирование складчатой структуры.  Этот процесс может быть оптимизирован с помощью различных физических и химических методов, таких как контролируемое испарение растворителя,  применение внешних полей (электрических или магнитных) и т.д.  В результате получается  многослойная структура,  обладающая необычными механическими свойствами.

Дальнейшие исследования сосредоточены на изучении возможности тонкой настройки механических свойств «складчатых полимерных сетей»  путем варьирования химического состава полимеров,  параметров самосборки,  и введения дополнительных компонентов, например, наночастиц,  для улучшения прочности,  теплопроводности или других характеристик.  Перспективным направлением также является разработка биосовместимых вариантов таких полимеров для использования в биомедицине.

В заключение, разработка «складчатых полимерных сетей»  представляет собой значительный прорыв в области материаловедения,  открывая новые горизонты в создании высокоэффективных материалов для самых разных областей техники и медицины.  Эта технология преодолевает  вековое ограничение, связанное с компромиссом между жесткостью и растяжимостью,  и обещает революционизировать создание  уникальных материалов с заранее заданными свойствами,  что несомненно приведет к созданию инновационных устройств и технологий в будущем.  Дальнейшие исследования в этом направлении  могут привести к появлению  материалов с невиданными ранее свойствами,  которые изменят наш мир. не забудет прочитать интересную статью о виртуальный леденец, который имитирует настоящие вкусы!

ИСТОЧНИК

Метки:

1 комментарий для “Революция в материаловедении: новый полимер растянется в 40 раз без потери прочности!”

  1. Инновации в материалах всегда были двигателем прогресса, и новый полимер, растягивающийся в 40 раз без потери прочности, является ярким примером данного утверждения. Его потенциальное применение может кардинально изменить сферы, где требуются высокие прочностные характеристики в сочетании с эластичностью. Важно помнить о сложностях, связанных с производством и масштабированием таких материалов, но если разработчики смогут успешно справиться с этими вызовами, мы увидим реальное применение в промышленности. Я с интересом буду следить за дальнейшими шагами в этой области.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.