Американские химики разработали соединение, которое изменяет поведение полимеров при изменении температуры. Это позволило повысить их износостойкость и придать им свойства, характерные для металлов. Новая разработка может быть использована в широком спектре отраслей, включая производство мобильных устройств и создание ракетной техники.
Полимеры, полимерные материалы, в том числе различные виды пластмасс, формируются из длинных цепей, состоящих из соединенных молекул. Благодаря этим химическим связям полимеры обладают высокой прочностью, что делает их подходящими для изготовления корпусов, защищающих хрупкие внутренние элементы.
Полимеры, как и любые другие материалы, подвержены износу. Особенно негативно на них влияют колебания температуры. Из-за того, что полимеры быстро расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, они разрушаются быстрее, чем металлы и керамика, в которых эти процессы протекают более медленно.
Несоответствие материалов вызывает затруднения для производителей оборудования. К примеру, в электронике, такой как смартфоны, пластиковый корпус содержит экран и другие элементы, включая металлические и керамические. Все эти компоненты соединены с помощью резьбы, клея или других способов. Изменяясь в объеме с разной скоростью, они оказывают взаимное давление, что может приводить к деформации и образованию трещин. В случае с трубопроводами подобные повреждения вызывают утечки. В автомобильной промышленности и при производстве пластикового сайдинга значительные колебания температуры также могут спровоцировать деформацию и появление трещин.
Специалисты в области материаловедения из Национальной лаборатории Сандия (США) предложили решение распространенной проблемы, с которой сталкиваются производители. Разработанный ими материал легко интегрируется в полимерную структуру и изменяет ее характеристики. Благодаря добавке, коэффициент теплового расширения и сжатия полимерных материалов приближается к значениям, характерным для металлов.
«Нечто подобное не встречается больше нигде. Меня вдохновляют перспективы, открываемые этой технологией, и потенциальные области ее использования», — заявил один из разработчиков добавки Эрик Нэйгель ( Eric Nagel).
Материалы, подвергшиеся такой модификации, обладают значительными перспективами. Полимеры находят применение в электронике, системах связи, солнечных батареях, напольных покрытиях, автомобильных компонентах, печатных платах, а также в аэрокосмической и оборонной отраслях. Возможно включение добавки в материалы для 3D-печати, при этом соотношение компонентов будет регулироваться в соответствии с температурными требованиями к готовым изделиям.
Вещество пока удалось синтезировать лишь в ограниченных объемах. По словам Чада Стайгера ( Chad Staiger), для химика-органика из лаборатории Сандия приготовление 7-10 граммов добавки занимает около 10 дней. В настоящее время команда разрабатывает методы увеличения объема производства.
«К сожалению, синтез этой добавки — долгий процесс. Чем больше этапов, тем больше нужно времени и денег. В производстве более дорогих материалов, например для фармпрепаратов, обычно используют пяти- или шестиэтапный синтез. Но в случае с полимерами чем дешевле — тем лучше для широкого внедрения», — заключил Стайгер.