Исследователи из Колумбийского университета впервые продемонстрировали новую технологию изготовления сверхпрочных, гибких полимеров, на создание которой их вдохновил перламутр из устричных раковин.
Меняя скорость кристаллизации смеси полимера и наночастиц, ученые смогли контролировать то, как последние самостоятельно собираются в определенные структуры при трех разных режимах шкал длин. Подобная многомасштабность позволяет создавать невероятно прочный материал, остающийся легким и пластичным. Технология описана в ACS Central Science.
«Мы разработали одноэтапную методику изготовления композитного материала, более прочного, чем основа, — сказал профессор Санат Кумар, возглавлявший проект. – Технология может улучшить механические и другие свойства пластиков, применяемых в автомобилях, защитной экипировке, пищевой упаковке и других изделиях. Она имеет потенциал и в других сферах, вроде оптики и электроники».
Большинство коммерческих полимеров – частичнокристаллические. Материалы имеют небольшую механическую прочность и не могут использоваться в изделиях под нагрузкой, вроде автомобильных шин и бамперов. Ученым давно известно, что, изменяя рассеивание наночастиц в полимерных, металлических и керамических матрицах они могут сильно менять свойства продукта. Перламутр – хороший пример такой структуры в природе. Он на 95% состоит из неорганического арагонита, а на оставшиеся 5% — из хитина.
Структура материала вдохновила исследователей. Они выяснили, что смешивая наночастицы с полимерным раствором (оксид полиэтилена), меняя скорость кристаллизации и степень дополнительного охлаждения, они могут контролировать самоорганизацию частиц в 3 разных масштабах: нано-, микро- и макро-метр. Управляемая самосборка позволяет улучшить жесткость материала, уменьшить вес и придать ему определенные свойства.