Устричные раковины вдохновили ученых на новый метод производства прочных полимеров

полимер

Исследователи из Колумбийского университета впервые продемонстрировали новую технологию изготовления сверхпрочных, гибких полимеров, на создание которой их вдохновил перламутр из устричных раковин.

Меняя скорость кристаллизации смеси полимера и наночастиц, ученые смогли контролировать то, как последние самостоятельно собираются в определенные структуры при трех разных режимах шкал длин. Подобная многомасштабность позволяет создавать невероятно прочный материал, остающийся легким и пластичным. Технология описана в ACS Central Science.

«Мы разработали одноэтапную методику изготовления композитного материала, более прочного, чем основа, — сказал профессор Санат Кумар, возглавлявший проект. – Технология может улучшить механические и другие свойства пластиков, применяемых в автомобилях, защитной экипировке, пищевой упаковке и других изделиях. Она имеет потенциал и в других сферах, вроде оптики и электроники».

Большинство коммерческих полимеров – частичнокристаллические. Материалы имеют небольшую механическую прочность и не могут использоваться в изделиях под нагрузкой, вроде автомобильных шин и бамперов. Ученым давно известно, что, изменяя рассеивание наночастиц в полимерных, металлических и керамических матрицах они могут сильно менять свойства продукта. Перламутр – хороший пример такой структуры в природе. Он на 95% состоит из неорганического арагонита, а на оставшиеся 5% — из хитина.

Структура материала вдохновила исследователей. Они выяснили, что смешивая наночастицы с полимерным раствором (оксид полиэтилена), меняя скорость кристаллизации и степень дополнительного охлаждения, они могут контролировать самоорганизацию частиц в 3 разных масштабах: нано-, микро- и макро-метр. Управляемая самосборка позволяет улучшить жесткость материала, уменьшить вес и придать ему определенные свойства.

Комментарии