Новый способ разработки композитных материалов: полимерная конструкция сочетает в себе сопротивление с обратимостью.

Композитные клей, такие как эпоксидные смолы, являются отличными инструментами для достижения и заполнения материалов, включая дерево, металл и бетон. Но есть проблема: как только составлен композит, он навсегда. Теперь есть лучший способ. Исследователи разработали простой полимер, который служит сильным и стабильным наполнителем, который затем может быть растворен. Он работает как шарик запутанной проволоки, который, как только уволен, происходит в отдельных волокнах.

Новое исследование, проведенное исследователями из Лоуренса Беркли Национальной лаборатории Министерства энергетики (лаборатория Беркли), описывает средства инженерии псевдо-кровавых лодок в материалах. Вместо формирования химических связей, что делает эпоксид и другие композиты настолько твердыми, цепи молекул запутались таким образом, что полностью обратимы. Исследование опубликовано в газете Продвинутые материалыПолем

«Это совершенно новый способ затвердевания материалов. Мы открыли новый путь к композитам, который не идет с традиционными средствами», — сказал Тинг Сюй, старший научный сотрудник факультета лаборатории Беркли и один из основных авторов исследования.

Традиционно, есть два способа изготовления материалов в полимерах и сложных полимерных материалах. Во -первых, добавление регулировочного агента создает сетчатую сеть полимерных молекул, поддерживаемую постоянными химическими связями. Во втором увеличение длины цепочек молекул полимерных молекул подталкивает их к тому, чтобы все больше и более запутывались, поэтому они не могут отделиться.

Последний, предложенный Сюй, предлагает возможность обратимого дизайна. Она сравнила концепцию со сложенными белками, которые взаимодействуют без химических связей, чтобы создать надежные структуры в природе, а впоследствии может происходить в их составляющих компонентах.

Сюй со своими коллегами из отделения материалов материалов в области лаборатории Беркли хотел полагаться на эту концепцию и начать с коллекции простых полистирольных цепей, вписывая их в жесткую и стабильную структуру, а затем вернет материал к своей отправной точке. «Допустим, у вас есть проволочный мяч, и это беспорядок. Вы не можете получить его», — сказал Сюй. «Но если вы играете с проволокой, вы можете изменять его, чтобы распутать».

В этом духе исследователи прикрепили полистирольные цепи к частицам кремнезема сотней наномического диаметра, чтобы создать то, что Сюй имеет по прозвищу «волосатые частицы». Сформируя нанокомпозиты, эти волосатые частицы самоорганируются в кристаллической структуре, обеспечивая различные пространства между каждой единицей, так что волосатые полимеры заполняют его. Пространство, доступное для каждой цепи полистирола, зависело от его положения в структуре — и, следовательно, определило, насколько он запутался со своими соседями.

Удерживая каналы полимеров в этих крошечных пространствах с различными геометриями, Сюй снизил свободу, с которой любая группа полистирольных каналов могла перемещаться — управлять контролем в том, как они запутались. Или, в конце концов, как не запутываться: для определенных положений реакция на сжатие заключалась в том, что конкретная группа полистирольных каналов расслабилась в ответ на прикладную силу.

«Количество запутывания происходит с частицами, определяет их реакцию на внешнюю силу», — сказал Сюй, который также является профессором Инженерного колледжа Калифорнийского университета в Беркли и Химии. Регулируя размер полистирольной цепи, а также то, где и сколько цепочек было прикреплено к каждой аспекте частицы кремнезема, она может регулировать, как структура реагирует, чтобы рассеять внешние ограничения. В конце концов, эти параметры предоставили ключ к «псевдо-чтению» на основе технической техники.

Исследования микроскопии показали, что, даже если некоторые каналы стали жесткими в держателе, другие в конечном итоге распущены и растянулись, чтобы развеять внешний стресс. Результатом стал твердый, твердый и тонкий материал, который твердо держался вместе псевдо-хитами запутанного полистирола. Добавление небольших количеств полистирольных цепей сами к сборочным наночастицам увеличило конечную свойства нагрузки на 50%.

«Мы были очень рады, что теперь мы можем маневрировать аморфной полимерной организации, используя наноконфекцию», — сказал Сюй. До сих пор аморфные полимеры часто запутались случайным образом, в то время как белки хорошо отступают. Изменения в макете полистирольной цепи теперь достигают идеальной точки, которую можно использовать для разумного проектирования композитов. Кроме того, добавление капли растворителя и перемешивания растворило нанокомпозит в его составляющих частицах в суспензии: не было химических связей для разрыва, что позволяет отступить материалы.

По словам Сюй, исследование Беркли Лаборатории может быть легко распространено на другие полимеры и обвинения. Полистирол является одним из наиболее распространенных полимеров, а кремнезем — дешевая наночастица; Тем не менее, XU предполагает, что результаты также будут применяться к другим композитам. Он представляет собой будущее с частицами, которые обладают другими оптическими или магнитными свойствами, например, для создания композитов для OptoreLectronic Devices. «Мы можем иметь как силу, так и упорство, просто модулируя, как распределяются полимеры», — сказал Сюй.