Берегите здоровье, его нигде не купить, даже в раю

Ученые Гарварда разработали самовосстанавливающуюся резину

Ученые Гарварда разработали самовосстанавливающуюся резину

Ученые Гарварда разработали самовосстанавливающуюся резину

Материалы для самовосстановления не новы для ученых. Однако реализация технических свойств самовосстановления в сухих материалах, таких как резина, является довольно сложной операцией.

Резина изготавливается из полимеров, которые в основном связаны постоянными ковалентными связями. Хотя эти соединения невероятно сильны, если они ломаются, они больше никогда не будут возобновляться.

Чтобы гарантировать функцию самовосстановления, команде необходимо было создать обратимые связи, связывающие полимеры, чтобы эти соединения могли быть уничтожены и снова восстановлены.

«Для образования каучука в предыдущих исследованиях использовались обратимые водородные связи для соединения полимеров, но обратимые связи по своей сути слабее, чем ковалентные связи. Поэтому возник вопрос: можем ли мы сделать что-то твердое, но самовосстанавливающееся? », Саид Ли-Хэн Цай, научный сотрудник университета и соавтор работы.

Ученые Гарварда разработали самовосстанавливающуюся резину

Цай вместе с Jinrong Wu, приглашенным профессором из Университета Сычуани, Китай, и Дэвидом А. Вейцем, профессором физики и прикладной физики Маллинкродта, разработали гибридный каучук с ковалентными и обратимыми связями.

Концепция смешивания как ковалентных, так и обратимых связей для создания жесткой самовосстанавливающей резины была предложена теоретически Каем, но никогда не была продемонстрирована экспериментально, потому что ковалентные и обратимые связи обычно не смешиваются. «Эти два типа связей препятствуют смешиванию, например, нефти и воды», — сказал Цай.

Исследователи разработали молекулярную нить, чтобы объединить эти два типа связей. Эта нить, называемая случайно разветвленным полимером, позволяет смешивать две ранее несмешивающиеся связи однородно в молекулярном масштабе. В то же время они смогли создать прозрачную, жесткую, самовосстанавливающуюся резину.

«Случайно разветвленный полимер связывает эти два типа связей и заставляет их смешиваться на молекулярном уровне без сорастворителей. Это позволяет гибридный «сухой» эластомер, который очень прочен, с энергией разрушения 13 500 Дж-2, по сравнению с натуральным каучуком. Кроме того, эластомер может саморемонтировать при комнатной температуре с регенерационной прочностью на растяжение 4 МПа, что составляет 30% от его первоначального значения, но сравнимо с прочностью вновь подготовленного материала существующих самовосстанавливающихся полимеров. »

Типичная резина имеет тенденцию ломаться при определенной точке напряжения при приложении силы. При растяжении гибридная резина развивает так называемые волосковые трещины по всему материалу. Эти трещины перераспределяют напряжение, поэтому нет локализованной точки стресса, которая может привести к полному разрушению материала. Когда стресс уходит, материал возвращается в исходную форму и восстанавливает трещины.

«Еще многое предстоит сделать. Для материаловедения не совсем понятно, почему этот гибридный каучук образует трещины под напряжением. Для технических применений свойства гибридной резины, которая использует исключительную комбинацию оптической прозрачности, прочности и способности самовосстановления, еще предстоит изучить. Более того, концепция использования молекулярного дизайна для смешивания ковалентных и обратимых связей для создания гомогенного гибридного эластомера является довольно распространенной и должна способствовать разработке жестких саморегенерирующих полимеров для практического использования. »

ponch5ib