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

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка