Углеродные нанотрубки, усиленные кольцевыми молекулами с двумя аминными группами, существенно повысили прочность пластика. Полученный материал допускает переработку в течение четырёх циклов без потери характеристик.
Два типа пластмасс: термопласты, которые плавятся и формуются, и термореактивные, при высоких температурах не плавящиеся из-за прочных связей между полимерными цепями. Термореактивные хорошо переносят удары и механические нагрузки, но хрупкие. Для усиления применяют углеродные волокна, получая прочные, но неперерабатываемые шлемы и спортивное оборудование.
Группа учёных под руководством Эмилио Переса ( Emilio PérezИсследователи изучают стратегии улучшения механических свойств перерабатываемых пластиков. Основной интерес — «ковалентная адаптируемая сеть», пластик с термореактивной структурой и возможностью разрывать связи между полимерными цепями водой или температурой по желанию.
Впервые учёные применили для увеличения прочности пластмассы модифицированные углеродные нанотрубки с закреплёнными кольцевыми молекулами. Механически переплетенные углеродные нанотрубки. . Кольцевую молекулу формируютВ процессе синтеза формируется U-образная основа для кольца вокруг нанотрубки.
Химически вещества не взаимодействуют, кольцо может перемещаться по нанотрубке. Такая модификация позволила значительно улучшить механические свойства материала. О результатах исследования учёные рассказали в журнале. Advanced Functional Materials.
К нанотрубке присоединяются органические молекулы кольцевой формы, создавая прочное и гибкое соединение.
Эта молекулярная структура формируется семиступенчатым синтезом. Механическое крепление колец даёт возможность им свободно перемещаться по нанотрубке. Учёные добавили к кольцам две аминогруппы для… образованияОбразование ковалентных связей между нанотрубками и полимером на поверхности кольца может негативно повлиять на свойства чистых нанотрубок.
Учёным удалось полностью передать напряжения от полимера к нанотрубкам. Модуль Юнга этих нанотрубок, определяющий их сопротивление растяжению и сжатию, равен одному терапаскалю. Это в пять раз больше, чем у стали, при этом нанотрубки существенно легче.
Прибавление одного процента нанотрубок к массе повышает модуль Юнга всего материала на 77 процентов, а прочность на разрыв — на 100 процентов. Эти характеристики сохраняются после четырех циклов переплавки и переработки композитного материала.
Рост числа нанотрубок не ведет к повышению качества материала: существенное значение имеет не их количество, а ковалентные связи между нанотрубками и полимером. слипаться в крупные агломераты.
Разработка пластиков, обладающих прочностью, сравнимой с углеродным волокном, но пригодных для переработки, — важный шаг к экологически чистым и устойчивым пластикам. Например, выпуск более легких автомобилей и самолетов позволит экономить топливо.