Сможем ли мы совместить прочность и обратимость композитов?

Традиционные композитные клеи, такие как эпоксидные смолы, используются для соединения дерева, металла и бетона, однако их химические связи являются необратимыми.
Сможем ли мы совместить прочность и обратимость композитов?
Изображение носит иллюстративный характер

Ученые разработали новый полимерный наполнитель, сохраняющий высокую прочность и стабильность, но способный при необходимости растворяться до исходных компонентов, аналогично распутыванию клубка пряжи.

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, проведено в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США. Тинг Сю отметил: «Это совершенно новый метод отверждения материалов. Мы открыли новый путь для создания композитов, не связанный с традиционными подходами».

Классические методы предусматривают создание перекрестно-связанной сети с помощью затвердителей или удлинение полимерных цепей для усиления их переплетения, что затрудняет обратное разделение материала. Новый подход использует управляемое переплетение полимеров, подобное сворачиванию белков, которое допускает их последующее разворачивание без формирования стабильных химических связей.

Исходным материалом послужили простые полистирольные цепи, прикрепленные к кремнеземным частицам диаметром в несколько сотен нанометров, что образовало «волосатые частицы». Эти частицы самостоятельно соединились в кристаллоподобную структуру, где геометрия пустот определяет степень переплетения отдельных цепей с соседями.

За счет ограничения движения полистирольных цепей в узких промежутках удалось точно контролировать их степень взаимного запутывания. Как отметил Тинг Сю, «Степень переплетения цепей вокруг частиц определяет их реакцию на внешнее воздействие», что является ключевым параметром для создания «псевдо-связей». При этом важны размер цепочек, их количество на каждой грани кремнеземной частицы и их конкретное расположение.

Микроскопические исследования показали, что в условиях ограничения часть цепей становится жесткой, а другие распутываются и растягиваются, эффективно рассеивая приложенное напряжение. Добавление дополнительных полистирольных цепей увеличивает грузоподъемность нанокомпозита на 50%, образуя прочный и износостойкий тонкопленочный материал.

Добавление капли растворителя с последующим перемешиванием полностью растворяет нанокомпозит до исходных компонентов. Отсутствие постоянных химических связей обеспечивает возможность полной переработки и повторного использования материала.

Метод обратимого контроля переплетения применим к другим полимерам и наполнителям благодаря широкому распространению полистирола и низкой стоимости кремнезема. Такой подход открывает перспективы создания композитов с оптическими и магнитными свойствами, способных стать основой для разработки новых оптоэлектронных устройств.

Регулировка распределения полимеров позволяет добиться одновременно высокой прочности и упругости, что представляет значительный прорыв в инженерии композитных материалов.


Новое на сайте

20065[b]СПКЯ стало СПМЯ: почему переименование болезни, затрагивающей миллионы женщин, заняло... 20064[b]Почему великая пирамида Гизы пережила все землетрясения за 4500 лет[/b] 20063[b]Генетика Homo erectus: что зубная эмаль рассказала о наших предках[/b] 20062[b]Кости в бухте эребус: что кости моряков Франклина рассказывают спустя полтора века[/b] 20061[b]Крупнейший плавучий ветрогенератор в мире: Китай испытывает установку у берегов... 20060[b]Карие глаза младенца стали индиго после лечения от COVID-19[/b] 20058[b]Почему серебряная чаша с Афиной пролежала в немецком лесу две тысячи лет?[/b] 20057[b]Дыра в атмосфере солнца: вспышка достигла пика и может зажечь полярное сияние[/b] 20056[b]Динго возрастом 950 лет: кто и зачем кормил могилу животного сотни лет?[/b] 20055[b]Томоэ гозэн: женщина-самурай, которая существовала на самом деле[/b] 20054[b]Что видели астронавты «Аполлона-12» над лунным горизонтом?[/b] 20053[b]Восковой блокнот на латыни и шёлковая туалетная бумага: кто посещал средневековый... 20052[b]Хантавирус на борту: 41 человек под наблюдением после рейса MV Hondius[/b] 20051[b]Зелёные камни в пещере Пиренеев: четыре тысячи лет медной металлургии[/b]
Ссылка