UVA Engineers
Raziskovalna skupina, ki jo financira NSF, rešuje stoletja dolgo dilemo v svetu polimerov
Znanstveniki so razvili nekaj, kar je dolgo veljalo za nemogoče: polimer, ki je hkrati tog in raztegljiv, pri čemer ena lastnost ne ogroža druge. Dosedanje znanje o materialih je pokazalo, da je polimer tem bolj tog, čim manj je prožen – vendar ne več.
Ugotovitve so objavljene v reviji Science Advances [1], podprla pa jih je Nacionalna znanstvena fundacija ZDA. Raziskovalna skupina Univerze v Virginiji, ki stoji za temi ugotovitvami, dokazuje, da pri polimerih ni nujno, da sta si togost in „raztegljivost“ nasprotni.
Liheng Cai, docent za raziskave materialov in glavni raziskovalec, ki je prejel nagrado NSF Faculty Early Career Development, pravi: „Ukvarjamo se s temeljnim izzivom, za katerega se je od izuma vulkanizirane gume leta 1839 zdelo, da ga je nemogoče rešiti.“ Raziskavo je vodil doktorski študent Baiqiang Huang.
Huang pravi: „Ta omejitev zavira razvoj materialov, ki morajo biti hkrati raztegljivi in togi, ter inženirje sili v izbiro ene lastnosti na račun druge.“
Dodaja: „Predstavljajte si na primer srčni vsadek, ki se z vsakim srčnim utripom upogne in razgiba, a še vedno zdrži več let.“
Cai in ekipa so odkrili, da imata togost in prožnost polimerov isto molekularno osnovo. Skupno jima je, da obe temeljita na navzkrižno povezanih polimernih nitkah. Čim več je dodanih prečnih vezi, tem bolj tog je material. Vendar pa postaja tudi bolj krhek in manj elastičen ali „raztegljiv“, kolikor več križnih vezi je dodanih v procesu. To velja le, če so dodane linearno.
Namesto linearnih križnih vezi so Cai in sodelavci poskusili z „bottlebrush“ strukturo. To nelinearno omrežje materiala je sestavljeno iz „jedra“ križnih vezi, ki se razvejijo v polimerne „stranske verige“. Na molekularni ravni omogočajo, da ima material med gibanjem zložljivo ali harmoniki podobno strukturo, kar polimeru daje lastnosti čvrstosti in prožnosti hkrati in neodvisno druga od druge.
Andrew Lovinger, programski direktor v oddelku NSF za raziskave materialov, pravi: „Ta zelo pametna polimerna arhitektura profesorja Caia odpira vrata za materiale s kombinacijami lastnosti brez primere in ponazarja zelo bogate možnosti oblikovanja, ki jih ponujajo polimeri.“
Materiali s takšno sposobnostjo obetajo inovacije v medicini, zdravstvu in robotiki, kot so vsadki, protetika, elektromehanske naprave in drugo.
Viri:
1: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq3080
Povzeto po:
https://engineering.virginia.edu/news-events/news/major-materials-breakthrough-uva-team-solves-nearly-200-year-old-challenge-polymers
https://engineering.virginia.edu/
