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

19164Уязвимые обучающие приложения открывают доступ к облакам Fortune 500 для криптомайнинга 19163Почему ботнет SSHStalker успешно атакует Linux уязвимостями десятилетней давности? 19162Microsoft устранила шесть уязвимостей нулевого дня и анонсировала радикальные изменения в... 19161Эскалация цифровой угрозы: как IT-специалисты КНДР используют реальные личности для... 19160Скрытые потребности клиентов и преимущество наблюдения над опросами 19159Академическое фиаско Дороти Паркер в Лос-Анджелесе 19158Китайский шпионский фреймворк DKnife захватывает роутеры с 2019 года 19157Каким образом корейские детские хоры 1950-х годов превратили геополитику в музыку и... 19156Научная революция цвета в женской моде викторианской эпохи 19155Как новый сканер Microsoft обнаруживает «спящих агентов» в открытых моделях ИИ? 19154Как новая кампания DEADVAX использует файлы VHD для скрытой доставки трояна AsyncRAT? 19153Как новые китайские киберкампании взламывают госструктуры Юго-Восточной Азии? 19152Культ священного манго и закат эпохи хунвейбинов в маоистском Китае 19151Готовы ли вы к эре коэффициента адаптивности, когда IQ и EQ больше не гарантируют успех? 19150Иранская группировка RedKitten применяет сгенерированный нейросетями код для кибершпионажа
Ссылка