Das neue Elastomer dehnt sich auf das 100-fache seiner Größe aus und erholt sich von Schäden

Die Chemiker von Stanford haben ein Material entwickelt, das sich 100-mal von seiner ursprünglichen Größe erstreckt und dann zurückschrumpft, ohne die Eigenschaften zu verlieren. Es reagiert auch auf ein elektrisches Feld und erholt sich von Schäden.

Die einzigartigen Eigenschaften des neuen Elastomers bieten enorme Möglichkeiten für seinen Einsatz in verschiedenen Industriebereichen, einschließlich Robotik und Medizin, beispielsweise als Grundlage für künstliche Haut und künstliche Muskeln.

Künstliche Muskeln können jetzt in der Unterhaltungselektronik und Robotik eingesetzt werden, aber die geringsten Mängel und Schäden verringern die Elastizität des Materials erheblich. Bestehende Elastomere dehnen sich normalerweise nur zwei- bis dreimal. Darüber hinaus können sie sich nicht von Einstichen oder Kratzern ohne äußere Einflüsse (z. B. Erwärmung) erholen. Das neue Elastomer ist frei von all diesen Mängeln, sagt Zhengang Bao , Professor für Chemieingenieurwesen an der Stanford University .



Die Erfinder erklären, warum sich das Polymer auf eine so unglaubliche Entfernung ausdehnen kann. Wie die Selbstheilung erklärt sich diese Eigenschaft durch eine wesentliche Verbesserung der Vernetzungsbildung - spezielle chemische Bindungen zwischen Polymermolekülen. Während dieses Prozesses werden die linearen Ketten von Molekülen zu einer Netzstruktur verbunden, die einem Fischernetz ähnelt.

Um die Eigenschaften des Materials zu verbessern, entwarfen die Wissenschaftler zunächst spezielle organische Moleküle, die sich in ihren Querbindungen an die kurzen Polymerstränge binden und so sogenannte Liganden bilden. Diese Liganden verbinden sich dann zu längeren Polymerketten wie Federspulen mit ihrer inhärenten Dehnbarkeit.

Dann werden dem Material Metallionen zugesetzt, die chemisch an Liganden gebunden sind. Wenn das resultierende Material gedehnt wird, werden die Knoten in der Struktur geschwächt - und die Liganden können sich voneinander trennen. Wenn die Spannung weg ist, zieht die Nähe von Metallionen und Liganden das Gitter wieder zusammen. Jedes Metallion ist an mindestens zwei Liganden gebunden, und selbst wenn eine der Bindungen aufgrund von Spannung oder Beschädigung verloren geht, kann es diese Bindung wiederherstellen, wenn es nahe genug am Liganden liegt.



Die chemische Struktur des Materials erklärt, warum es nach einer Beschädigung selbständig seine Form wiederherstellt. Die Selbstheilung erfolgt bei Temperaturen ab -20 ° C, eine spezielle Erwärmung ist nicht erforderlich.



Die physikalischen Eigenschaften des Elastomers - seine Dehnbarkeit oder Heilungsrate - können durch Ändern der Menge und Art der Metallionen, die den organischen Stoffen zugesetzt werden, variiert werden. Dank des Metalls reagiert das Polymer auch auf ein elektrisches Feld, dh solche künstlichen Muskeln können durch elektronische Impulse von einem Computer gesteuert werden.



Das Material eignet sich hervorragend zur Herstellung von Kunstleder, das über Prothesen von Menschen mit verlorenen Gliedmaßen gezogen werden kann. Natürlich Selbstheilungs Elastomer eignet sich zum Abdecken von Gebäuden und Abdeckungen tragbare Elektronik, Smartphones, medizinische Geräte, Implantate und andere.

Die wissenschaftliche Arbeit der Frau von Bao und Kollegen veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Chemistry (doi: 10.1038 / nchem.2492, pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/de393387/