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

Новости

Наночастицы кремнезема, фиксированные с распределением полистирольных цепей (фиолетовый), является самосборкой в ​​гексагональных сетях. В зависимости от того, как цепочки организованы на поверхности частиц, они подходят (фиолетовый) или детализированы (синий) при сжатии. Кредит: Тиффани Чен; Тин Сюй

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.

Больше информации:
Тиффани Чен и др., Обратимый нанокомпозит путем программирования конформации аморфного полимера под наноконтролем, Продвинутые материалы (2025). Два: 10.1002 / adma.202415352

Поставлен Лоуренсом Беркли Национальной лабораторией


Цитировать: Новый способ разработки композитных материалов: дизайн полимера сочетает в себе сопротивление с обратимостью (2025, 6 марта), восстановлена ​​6 марта 2025 г.

Этот документ подлежит авторским правам. В дополнение к любой справедливой программе для частных или исследовательских целей, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.



Source

ЧИТАТЬ  Vertiv запускает новый центр искусственного интеллекта, включающий первое в отрасли портфолио эталонных разработок искусственного интеллекта для критической цифровой инфраструктуры — Express Computer
Оцените статью
Своими руками