Игра

Исследователи разработали молекулу, которая при добавлении к полимеру увеличивает долговечность материала, делая его более похожим на металл с точки зрения способности противостоять колебаниям температуры. Они говорят, что это может увеличить долговечность всего: от пластиковых чехлов для телефонов до ракет.

Благодаря низкой стоимости, низкой плотности, хорошим тепло- и электроизоляционным свойствам и высокой устойчивости к коррозии полимеры встречаются практически во всех предметах, используемых в повседневной жизни. Однако длительное воздействие тепла и холода приводит к расширению и сжатию материалов, включая полимеры, что в конечном итоге приводит к ухудшению качества.

Различные материалы расширяются и сжимаются с разной скоростью — например, металлы и керамика сжимаются меньше, чем полимеры. Исследователи из Национальной лаборатории Сандия в США модифицировали молекулу, которая при добавлении к полимеру увеличивает долговечность материала и делает его более похожим на металл.

«Это действительно уникальная молекула: при нагревании она не расширяется, а сжимается, изменяя свою форму», — сказала Эрика Редлайн, ученый-материаловед, возглавлявшая исследовательскую группу. «Когда он добавляется к полимеру, он заставляет этот полимер меньше сжиматься, достигая значений расширения и сжатия, аналогичных металлам. Иметь молекулу, которая ведет себя как металл, — это просто замечательно».

Идея разработки молекулы, меняющей правила игры, имя которой исследователи не назвали, возникла в результате жалоб клиентов Sandia на хрупкость смартфонов, которые сделаны из различных материалов, каждый из которых по-разному реагирует на тепло и холод.

«Возьмем, к примеру, ваш телефон, у которого пластиковый корпус соединен со стеклянным экраном, а внутри него металлы и керамика, составляющие схему», — сказал Редлайн. «Все эти материалы скручены, склеены или каким-то образом связаны друг с другом и начнут расширяться и сжиматься с разной скоростью, оказывая друг на друга нагрузку, которая со временем может привести к их растрескиванию или деформации».

Исследователи говорят, что эта молекула может произвести революцию в использовании полимеров в ряде областей применения, включая электронику, системы связи, солнечные панели, автомобильные детали, печатные платы, аэрокосмические конструкции, оборонные системы и напольные покрытия.

«Эта молекула не только решает текущие проблемы, но и значительно открывает пространство для новых инноваций в будущем», — сказал Джейсон Даггер, инженер-химик из Сандии.

Они говорят, что преимуществом является то, что его можно вводить в разные части полимера в разном процентном соотношении во время 3D-печати.

«Вы можете напечатать структуру с определенным тепловым поведением в одной области и другим тепловым поведением в другой, чтобы соответствовать материалам в разных частях предмета», — сказал Даггер.

А еще это помогает снизить вес материалов за счет исключения тяжелых наполнителей. Часто в качестве наполнителей добавляют такие минералы, как карбонат кальция, кремнезем, глина, каолин и углерод, чтобы облегчить формование полимера и обеспечить его стабильность.

«Это позволило бы нам делать вещи намного легче и экономить массу», — сказал Даггер. «Это особенно важно, например, при запуске спутника. Каждый грамм, который мы можем сэкономить, огромен».

На данный момент исследователям удалось создать лишь небольшое количество молекулы, но они работают над расширением производства. В настоящее время для производства от 0,2 до 0,3 унции (от 7 до 10 г) требуется около 10 дней.

«К сожалению, синтез этой молекулы требует длительного времени», — сказал Чад Стайгер, химик-органик, ответственный за создание этой молекулы. «Больше шагов — больше времени и больше денег. Обычно вы видите пяти-шестиэтапный синтез в более ценных материалах, таких как фармацевтические препараты. Что касается полимеров, чем дешевле, тем лучше для широкого внедрения».

Тем не менее, исследователи сохраняют оптимизм в отношении потенциального использования этой молекулы.

«Ничего подобного в мире нет», — сказал Эрик Нагель, член исследовательской группы. «Я очень воодушевлен возможностями этой технологии и приложением, которое может быть с ней связано».