Polimery to substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami. Są one szczególnie wytrzymałe i stanowią idealny komponent materiałów ochronnych delikatnych części wielu przedmiotów. Jednakże ciągłe narażenie na ciepło i zimno powoduje, że polimery, rozszerzają się i kurczą, co ostatecznie prowadzi do ich zniszczenia.
Czytaj też: Oczyszcza ścieki i może być ponownie wykorzystany. Niesamowity polimer w akcji
Różne materiały rozszerzają się i kurczą w różnym tempie, np. metale i ceramika kurczą się mniej niż polimery. Naukowcy z Sandia National Laboratories zmodyfikowali cząsteczkę, która po dodaniu do polimeru zwiększa trwałość materiału, czyniąc go bardziej przypominającym metal.
Ta cząsteczka może oznaczać przełom w wielu branżach
Pomysł opracowania “przełomowej” cząsteczki – której nazwy uczeni nie wymienili lub po prostu jeszcze nie nazwali – zrodził się po otrzymaniu skarg klientów Sandii dotyczących kruchości smartfonów wykonanych z różnych materiałów, z których każdy reaguje na ciepło i zimno na różne sposoby. Naukowcy zmodyfikowali cząsteczkę tak, aby można ją było łatwo włączyć do polimeru w celu zmiany jego właściwości.
Dr Erica Redline z Sandia National Laboratories mówi:
To naprawdę wyjątkowa cząsteczka, która po podgrzaniu zamiast się rozszerzać, w rzeczywistości kurczy się, zmieniając swój kształt. Po dodaniu do polimeru powoduje, że polimer kurczy się mniej, osiągając wartości rozszerzalności i kurczliwości podobne do metali. Posiadanie cząsteczki, która zachowuje się jak metal, jest dość niezwykłe.
Cząsteczka ta może być wykorzystywana na nieskończenie wiele sposobów i można ją włączyć do różnych części polimeru w różnych procentach, także technologii druku 3D. Kolejną korzyścią jest zmniejszenie wagi materiałów poprzez wyeliminowanie ciężkich wypełniaczy. Często jako wypełniacze dodaje się minerały, takie jak węglan wapnia, krzemionkę, glinę, kaolin i węgiel, aby ułatwić formowanie i kształtowanie polimeru oraz zapewnić jego stabilność. Ich obecność wpływa jednak na masę całego polimeru.
Zespół stworzył tę cząsteczkę tylko w niewielkich ilościach, ale pracuje nad znalezieniem sposobu na zwiększenie skali produkcji. Wyprodukowanie 7-10 gramów zajmuje obecnie ok. 10 dni, ale kilka etapów można pominąć. Celem jest przygotowanie cząsteczki gotowej do wprowadzenia na rynek.
Czytaj też: Materiał znany od starożytności ma kluczowe dla energetyki właściwości. Dom stanie się gigantyczną baterią
Dr Chad Staiger z Sandia National Laboratories, chemik organiczny odpowiedzialny za stworzenie cząsteczki, wyjaśnia:
To niestety długa synteza dla tej cząsteczki. Więcej etapów oznacza więcej czasu i pieniędzy. W przypadku materiałów o wyższej wartości, takich jak farmaceutyki, zwykle stosuje się syntezy pięcio- lub sześcioetapowe. W przypadku polimerów, im tańsze, tym lepsze do zastosowania na szeroką skalę.
Uczeni są jednak optymistami, co do potencjalnych zastosowań przełomowej cząsteczki. Obecnie na rynku nie ma niczego podobnego i prawdopodobnie szybko się to nie zmieni.