يمتد المطاط الصناعي الجديد إلى 100x من حجمه ويتعافى من التلف

طور الكيميائيون في ستانفورد مادة تمتد 100 مرة من حجمها الأصلي ثم تنكمش مرة أخرى دون أن تفقد خصائصها. كما أنه يستجيب لمجال كهربائي ويتعافى من التلف.

توفر الخصائص الفريدة لمرنة الاستومر الجديدة فرصًا هائلة لاستخدامها في مختلف مجالات الصناعة ، بما في ذلك الروبوتات والطب ، على سبيل المثال ، كأساس للبشرة الاصطناعية والعضلات الاصطناعية.

يمكن الآن استخدام العضلات الاصطناعية في الإلكترونيات الاستهلاكية والروبوتات ، ولكن أدنى العيوب والضرر يقلل بشكل كبير من مرونة المادة. عادة ما تتمدد اللدائن الموجودة مرتين إلى ثلاث مرات فقط. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكنهم التعافي من الثقوب أو الخدوش دون تدخل خارجي (مثل التدفئة). يقول Zhengang Bao ، أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة ستانفورد ، إن المطاط الصناعي الجديد خالي من كل هذه العيوب .



يشرح المخترعون سبب قدرة البوليمر على التمدد إلى هذه المسافة المذهلة. مثل الشفاء الذاتي ، يتم تفسير هذه الخاصية من خلال التحسين الأساسي في تكوين الروابط المتقاطعة - الروابط الكيميائية الخاصة بين جزيئات البوليمر. خلال هذه العملية ، يتم ربط السلاسل الخطية للجزيئات في هيكل صافي يشبه شبكة صيد السمك.

لتحسين خصائص المادة ، صمم العلماء أولاً جزيئات عضوية خاصة ترتبط بالخيوط القصيرة من البوليمرات في روابطها العرضية ، مما يخلق هياكل تسمى ligands. ثم تتحد هذه الروابط معًا لتكوين سلاسل بوليمر أطول ، مثل لفائف الربيع مع قابليتها للتوسع.

ثم تضاف أيونات المعادن إلى المادة ، التي ترتبط كيميائياً بالرباطات. ونتيجة لذلك ، عندما تتمدد المادة الناتجة ، تضعف العقد في الهيكل - وتسمح للرباطات بالانفصال عن بعضها البعض. إذا اختفى التوتر ، فإن قرب الأيونات المعدنية والروابط يجذب الشبكة مرة أخرى. يرتبط كل أيون معدني برباطين على الأقل ، وحتى إذا فقد أحد الروابط بسبب التوتر أو التلف ، فيمكنه بعد ذلك استعادة هذا الرابط إذا كان قريبًا بما يكفي من الليجند.



يوضح التركيب الكيميائي للمادة لماذا يعيد الشكل بشكل مستقل بعد التلف. يحدث الشفاء الذاتي في درجات حرارة من -20 درجة مئوية وما فوق ، ولا يلزم تسخين خاص.



يمكن أن تختلف الخصائص الفيزيائية للمرنة - امتدادها أو معدل الشفاء - عن طريق تغيير كمية ونوع أيونات المعادن المضافة إلى المواد العضوية. بفضل المعدن ، يتفاعل البوليمر أيضًا مع المجال الكهربائي ، أي أنه يمكن التحكم في هذه العضلات الاصطناعية بواسطة نبضات إلكترونية من جهاز كمبيوتر.



المواد رائعة لصنع الجلود الاصطناعية التي يمكن سحبها فوق الأطراف الاصطناعية للأشخاص الذين فقدوا أطرافهم. بالطبع ، إلاستومر العلاج الذاتي مناسب لتغطية حالات وأغطية الإلكترونيات القابلة للارتداء ، والهواتف الذكية ، والأجهزة الطبية ، والغرسات ، وما إلى ذلك.

يتم نشر العمل العلمي الذي قام به Zheng Bao وزملاؤه في مجلة Nature Chemistry (doi: 10.1038 / nchem.2492 ، pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/ar393387/