От чехлов до ракет: молекула, которая превращает пластик в сталь, делая его почти неуязвимым

Учёные из Sandia разработали молекулу, которая снижает износ. Исследовательская группа из Национальной лаборатории Сандия разработала молекулу, которая помогает изменить реакцию некоторых материалов на перепады температур, повышая их прочность. Это достижение может найти применение в самых разных областях — от пластиковых чехлов для телефонов до ракет.

Что такое полимеры и как температура влияет на их прочность

Полимеры, включая пластик, состоят из длинных цепочек молекул, которые могут быть гибкими или жёсткими в зависимости от структуры. Эти материалы хорошо подходят для защиты хрупких компонентов в электронике, упаковке и других продуктах. Однако со временем, под воздействием температурных колебаний, полимеры могут терять свои свойства. Это может проявляться в виде растрескивания или деформации, что особенно важно в таких критичных областях, как аэрокосмическая и оборонная промышленности.

"Полимеры сильно расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, что приводит к их деформации", — сказал химик-органик Чед Стейджер, из Sandia.

Для решения этой проблемы команда из Sandia разработала молекулу, которая помогает полимерам более эффективно адаптироваться к перепадам температур.

Молекула, которая изменяет реакцию материалов на тепло

Главной особенностью новой молекулы является её способность изменять реакцию полимеров на температурные изменения. Вместо того чтобы расширяться при нагревании, как это делают обычные полимеры, молекула сжимается, что позволяет материалу сохранять свою форму и прочность.

"Молекула при нагревании сжимается, меняя свою форму. Она уменьшает сжатие полимера и делает его более стабильным, как металл", — пояснил материаловед Эрика Редлайн, ведущий автор исследования.

Это открытие может привести к созданию новых материалов, которые будут гораздо более устойчивыми к изменениям температуры и механическим воздействиям.

Когда молекулы начинают работать на пользу

Преимущество этой молекулы заключается в её универсальности. Она может быть добавлена в различные компоненты полимеров и использована в самых разных отраслях — от электроники до аэрокосмической и оборонной промышленности.

"Эта молекула значительно расширяет возможности для инноваций", — отметил Джейсон Даггер.

Молекула может также быть использована в 3D-печати для создания изделий, которые будут по-разному реагировать на температуру в разных частях. Это открывает новые возможности для создания функциональных и устойчивых материалов с точно настроенными свойствами.

"Можно напечатать конструкцию, которая будет по-разному реагировать на тепло", — рассказал Даггер.

Преимущества для аэрокосмической и оборонной отрасли

Одним из ключевых приложений этого материала станет аэрокосмическая промышленность. Использование новых полимерных материалов поможет существенно снизить вес компонентов, что является критически важным для космических запусков. Чем легче материалы, тем ниже стоимость запусков и выше эффективность.

"Это позволит нам сделать спутники легче и снизить стоимость запусков", — сказалДаггер.

Также новый материал поможет избежать использования тяжёлых наполнителей в полимерах, что приведёт к сокращению веса и увеличению прочности.

Следующий шаг

Несмотря на успехи в разработке молекулы, команда учёных из Sandia ещё работает над масштабированием её производства. В настоящее время молекулу синтезируют в небольших количествах, но уже ведутся работы по увеличению объёмов производства.

"Синтез молекулы занимает много времени и денег. Мы сокращаем этапы синтеза для упрощения процесса", — сказал Чед Стайгер.

Команда работает над сокращением количества этапов синтеза, используя финансирование в рамках программы Sandia, чтобы подготовить технологии к массовому производству.

"Мы ищем способ сделать это на коммерческом уровне", — отметил научный сотрудник Эрик Нагель, из Sandia.

Плюсы и минусы новой молекулы

FAQ

Как молекула влияет на полимеры?
Она позволяет полимерам сжиматься меньше при изменении температуры, что делает их более стабильными и прочными.

Можно ли использовать молекулу в других отраслях?
Да, молекула может быть использована в самых разных областях, таких как электроника, автомобильная промышленность и другие.

Когда молекула будет доступна для широкого использования?
В настоящее время учёные работают над оптимизацией синтеза и увеличением объёмов производства молекулы для более широкого применения.

Мифы и правда

Миф: Новая молекула доступна для использования уже сейчас.
Правда: Молекула пока используется в небольших количествах, и команда работает над её масштабированием.

Миф: Новая молекула только для аэрокосмической промышленности.
Правда: Она может быть использована в различных отраслях, включая электронику, автомобильную промышленность и другие.

Миф: Молекула изменяет только физические свойства полимеров.
Правда: Молекула влияет на термодинамические свойства полимеров, улучшая их прочность и устойчивость к перепадам температур.

Три интересных факта

1. Новый полимер может применяться не только в аэрокосмической отрасли, но и в электронике, автомобилестроении и солнечных батареях.

2. Этот материал может быть использован для уменьшения веса спутников и других космических аппаратов, что значительно снижает стоимость запусков.

3. Молекула может быть использована для создания более устойчивых материалов в 3D-печати, что откроет новые возможности для производства.

Исторический контекст

В 20 веке с развитием технологий и появлением новых материалов, таких как полимеры, началась активная работа над улучшением их свойств. В последние десятилетия учёные сосредоточились на создании более прочных и термостойких полимеров для применения в аэрокосмической, оборонной и других высокотехнологичных отраслях. Недавние открытия в области молекулярной химии, такие как разработка молекулы, улучшает не только качество, но и массу материалов, что имеет решающее значение для будущих инноваций.

Материал подготовлен на основе публикации Sandia National Laboratories и других исследовательских групп.