Блог

Aug 28, 2023

Слабые звенья создают прочные полимеры

Удивительно, но материал, в котором связи легче разрываются, разорвать труднее. Химики из Массачусетского технологического института и Университета Дьюка обнаружили противоречивый способ сделать полимеры более прочными. Работать с

Удивительно, но материал, в котором связи легче разрываются, разорвать труднее.

Химики из Массачусетского технологического института и Университета Дьюка обнаружили противоречивый способ сделать полимеры более прочными.

Работая с полиакрилатными эластомерами, которые представляют собой полимерные сети, состоящие из нитей акрилата, скрепленных вместе путем связывания молекул, исследователи обнаружили, что они могут увеличить устойчивость материалов к разрыву почти в десять раз, используя более слабый тип линкера для соединения части полимера. строительные блоки.

Подобные полимеры обычно используются в автомобильных деталях и в качестве «чернил» для 3D-печатных объектов. В настоящее время исследователи изучают применение этого подхода к другим материалам, таким как резина.

«Если бы вы могли сделать резиновую шину в 10 раз более устойчивой к разрыву, это могло бы оказать существенное влияние на срок службы шины и на количество распадающихся микропластических отходов», — говорит Джеремия Джонсон, профессор химии Массачусетского технологического института и один из ведущих авторов исследования.

Существенным преимуществом этого подхода является то, что он не меняет никаких других физических свойств полимеров, таких как устойчивость к разрушению при нагревании.

«Инженеры-полимерщики знают, как сделать материалы более прочными, но это неизменно предполагает изменение некоторых других свойств материала, которые вы не хотите менять. Здесь повышение прочности происходит без каких-либо других существенных изменений физических свойств — по крайней мере, тех, которые мы можем измерить», — говорит Стивен Крейг, профессор химии в Университете Дьюка и еще один старший автор.

Проект стал продолжением исследования 2021 года, в ходе которого Крейг, профессор Дьюка Майкл Рубинштейн и профессор Массачусетского технологического института Брэдли Олсен измерили прочность звездчатых полимерных сетей, которые состоят из двух типов строительных блоков: звезды с четырьмя лучами и линкер, который связывается с концом каждого плеча, создавая сетчатую структуру. Как и ожидалось, когда для удержания полимерных нитей вместе использовались более слабые концевые линкеры, материал становился слабее.

В новой работе исследователи исследовали другой тип сети, в которой нити полимера сшиваются с другими нитями в случайных местах, а не соединяются на концах. На этот раз использование более слабых линкеров сделало материал гораздо более устойчивым к разрыву.

Причина, по мнению исследователей, заключается в том, что более слабые связи случайным образом распределены в качестве соединений между прочными нитями по всему материалу. Когда этот материал растягивается до предела разрушения, любые трещины, распространяющиеся через него, стараются обойти более прочные связи и вместо этого пройти через более слабые связи. Это означает, что трещине придется разрушить больше связей, чем если бы все связи были одинаковой прочности.

«Несмотря на то, что эти связи слабее, в конечном итоге приходится разрывать большее их количество, потому что трещина проходит через самые слабые связи, что в конечном итоге оказывается более длинным путем», — говорит Джонсон.

Фактически, полиакрилаты, в состав которых входили более слабые сшивающие агенты, разрывались в 9–10 раз труднее, чем полиакрилаты, полученные из более сильных сшивающих молекул, даже если слабые сшивающие агенты составляли лишь около 2% материала.

«Два материала имеют одинаковую структуру и одинаковые свойства на уровне сети, но имеют разницу в разрыве почти на порядок, это довольно редко», — говорит Джонсон.

Эта история была частью нашего выпуска за сентябрь/октябрь 2023 года.

Коронавирус продолжает вызывать инфекции, болезни и смерть, причем уже давно.

Компания надеется, что создание открытого исходного кода LLaMA 2 может дать ей преимущество перед такими конкурентами, как OpenAI.

Наука скоро станет гораздо более интересной, и это коснется всех нас, утверждает бывший генеральный директор Google.

Может ли массивное вливание денег на производство компьютерных чипов изменить экономику Сиракуз и показать нам, как восстановить промышленную базу страны?

Откройте для себя специальные предложения, главные новости, предстоящие события и многое другое.

Спасибо за отправку вашего электронного письма!

Похоже, что-то пошло не так.