Επιστήμονες σχεδιάζουν το αυτο-επιδιορθούμενο πλαστικό

Από σελίδα του UsaToday 1 Μαρτίου 2002

Ένα δείγμα του επανεπισκευάσιμου, διαφανούς πολυμερούς σώματος.

Η φράση, "πλαστική χειρουργική επέμβαση," παίρνει μια διαφορετική έννοια με μια νέα κλάση των αυτοεπιδιορθούμενων πολυμερών σωμάτων που αναγγέλλθηκαν αυτή η εβδομάδα από μια ομάδα των επιστημόνων των υλικών. Αυτά τα πλαστικά υψηλής τεχνολογίας, που είναι σαφή και σκληρά υλικά συγκρίσιμα με τις εμπορικές ρητίνες, μπορούν να βρουν τρόπους να αυτοεπιδιορθωθούν σε ποικίλες βιομηχανίες στο μέλλον. Φανταστείτε ένα παρμπριζ αυτοκινήτων να αυτοδιορθωθεί ή ένα παράθυρο με εννέα ζωές.

Το νέο οργανικό πολυμερές σώμα μπορεί να θεραπευθεί όταν ραγίζει, σπάζει ή τεμαχίζεται. Το χαλασμένο υλικό μπορεί να επιδιορθωθεί επανειλημμένως χρησιμοποιώντας μια σχετικά απλή θέρμανση και μετά ψύχοντά το, σύμφωνα με μια νέα μελέτη από τον Xiangxu Chen από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Los Angeles (UCLA) και συνάδελφοι του, σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε την  1 Μαρτίου 2002, στο περιοδικό Science.

Οι επιστήμονες έχουν ερευνήσει παρόμοια διασυνδεδεμένα πολυμερή σώματα για χρόνια, ελπίζοντας να σχεδιάσουν ανώτερα υλικά για την συσκευασία των ηλεκτρονικών οργάνω, τις κόλλες, και τους αφρούς. Τα υλικά που αναπτύχθηκαν μέχρι τώρα είχαν χαλάσει οριστικά κάτω από υψηλή πίεση. Οι εξεταστές του υλικού αυτού, στο περιοδικό Science, δημιούργησαν ένα πολυμερές σώμα που μπορεί να επισκευαστεί, χάρι στην ειδική διασύνδεση ή τους ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ των πολυμερών αλυσίδων που μπορούν "να επαναρυθμιστούν" κατά τη διάρκεια θερμικής επεξεργασίας.

Τα πολυμερή σώματα είναι μεγάλα μόρια που αποτελούνται από μακριές αλυσίδες ικανές να ενώνονται . Ένας σημαντικός παράγοντας που καθορίζει τις ιδιότητες ενός πολυμερούς σώματος, συμπεριλαμβανομένου και της του επανεπισκευάσιμης ιδιότητας, είναι ο βαθμός στον οποίο οι μακριές αλυσίδες συνδέονται η μία με την άλλη, ή διασυνδέονται. Το λάστιχο της ρόδας του αυτοκινήτου, ένα κοινό πολυμερές σώμα με λίγες διασυνδέσεις, είναι μαλακό και μη επιρρεπές σε καταστροφή. Η φορμάικα, από την άλλη, είναι ένα ιδιαίτερα διασυνδεμένο πολυμερές σώμα. Αυτό το πολυχρησιμοποιούμενο κοινό υλικό είναι σκληρό, αλλά η διασύνδεση καθιστά επίσης την φορμάικα ευαίσθητη στην καταστροφή κάτω από πίεση.

"Εάν συνδέετε τις αλυσίδες με την προσθήκη κάποιου είδους κόλλας, ισχυροποιείταιι. Εντούτοις, όσο πιό διαγώνιες συνδέσεις έχετε, τόσο πιό εύθραυστο γίνεται αυτό το υλικό ", λέει ο Fred Wudl, ένας ερευνητής από το το UCLA.

Το νέο υλικό που αναπτύχθηκε από τον Chen και τους συναδέλφους του, προκαλεί τα παραδοσιακά πολυμερή και καταστρέφει την αντίσταση. Αλλά, η επιστήμη δεν σταματά εκεί: Εάν το υλικό ραγίσει, με μια διαδικασία θέρμανσης και ακολούθως ψύξης, μπορεί να το επιδιορθώσει. Οι αντιστρέψιμοι ομοιοπολικοί δεσμοί παρέχουν τις αυτοεπιδιορθούμενες ιδιότητες σε αυτό το νέο πολυμερές σώμα. Στη φάση θέρμανσης, αυτοί οι δεσμοί μεταξύ των πολυμερών αλυσίδων είναι σπασμένοι. Κατά τη διάρκεια της ψύξης, το πολυμερές σώμα βασικά επανασκευάζεται όταν μετασχηματισθούν οι δεσμοί -- οι ρωγμές ή και τα σπασίματα επιδιορθώνονται, και σχηματίζεται ένα διαφανές, σχεδόν μη ανιχνεύσιμο, σημάδι πάνω στην επιφάνεια.

"Μας δόθηκε ένα bonus από τη Μητέρα Φύση, ένα τέλεια διαφανές υλικό" , λέει ο Wudl. Αυτό το νέο πολυμερές σώμα έχει ποικίλες πιθανές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των φακών και των πλαστικών μονωτών.

Και ο Wudl συνεχίζει, "στο σύγχρονο ηλεκτρονικό εξοπλισμό, υπάρχουν μεγάλες μεταβολές θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια των κύκλων λειτουργία τους και της μης λειτουργίας. Τα υλικά αυτά χρησιμοποιούμενα θα ενώνουν είτε τη ρωγμή είτε τον μη-δεσμό'. Το υλικό μας θα είναι ιδανικό επειδή με μια θέρμανση, θα επαναδιορθωνόταν."