Терминатор в действии или Самовосстанавливающиеся полимеры нашего времени

335 просмотров

Пресс-релизы    6 июля 2019

Научная фантастика всегда будоражила умы человечества. Высокоинтеллектуальные роботы, летающие машины, путешествия в космос и раны киборгов, которые затягиваются прямо на глазах. Вы думаете это возможно только в книгах и фильмах? Если да, то глубоко ошибаетесь. Регенерация даже синтетических материалов возможна уже сегодня. Терминатор может появиться на наших улицах, все зависит только от желания ученых. Как, зачем и почему, расскажем мы в сегодняшней статье. Дополнительно о новых необычных материалах можно почитать на научном новостном портале.


Полимеры как один из самых поддающихся восстановлению искусственный материал



Все мы привыкли к тому, что биологические материалы легко отстраивают свою структуру заново. Яркий пример: человеческие кожа, кости, ДНК. Затягивается ранка и исчезает перелом, конечно, не мгновенно, но через достаточно короткое время. Для нас это абсолютно естественно и не воспринимается как чудо. Почему же тогда все с широко раскрытыми глазами наблюдали за Терминатором? Тяжелейшие раны на киборге исчезали в считанные секунды, и не на живом теле, а на искусственных материалах.


Ученые давно бились над решением подобной задачи. Статичные неживые молекулы сложно поддаются регенерации. Одними из самых гибких в этом плане являются полимеры. Что это за вещества и почему с ними легче работать?


Полимерами называют как органические, так и неорганические высокомолекулярные соединения, подробнее здесь - https://reactor.space/news/whatispolymer/. Они состоят из повторяющихся или разных по строению группировок атомов количеством от нескольких тысяч до нескольких миллионов. К полимерам относятся белки, волосы, ногти, кора деревьев, шерсть животных, привычные нам пластики и резина. Однако если первые сами восстанавливаются, то последние приходится реставрировать, а в отдельных случаях после разрушения они и вовсе не пригодны к использованию.


Изготавливают искусственные полимеры чаще всего из нефти. Сегодня представить жизнь без них просто невозможно. Эти материалы окружают нас везде. Придание им возможности самовосстановления откроет новые пути развития человечества. “Самозаживление” в полимерах - не такой тяжелый процесс, как в металле или бетоне, поэтому с ними работали в этом направлении больше всего. Результаты действительно появились, но подробнее об этом чуть позже.


Работа над созданием самовосстанавливающихся материалов


Искусственные материалы обычно изготавливают с целью предотвратить возможные повреждения, а не восстановить их. В то же время ученые прекрасно понимают, что “самозаживление” открыло бы много новых возможностей в использовании разных предметов. Поверхностные покрытия, наиболее склонные к повреждениям, служили бы гораздо дольше. Такая функциональность материалов помогла бы восстанавливать их в труднодоступных местах.


Исследования в основном сосредоточены на формировании подвижной базы, способной затягивать повреждения. В зависимости от причин этой подвижности материалы можно поделить на автономные и неавтономные. Для первых катализатором становится изменение температуры, освещения или других факторов. Для вторых - сам факт повреждения.


Исследования проводят с полимерами, керамикой, бетоном. Они более податливы в этом плане. Однако проще всего все-таки работать с первым видом материалов, поскольку они наиболее изучены.


Рассматривают разные варианты самовосстановления. Оно может быть внешним (специально внедренные в материал нанокапсулы с особыми составами) и внутренними (не предусматривают использования таких восстанавливающих составов).


Внешний тип самовосстановления имеет один существенный недостаток - возможность только однократной регенерации.


Эксперименты показывают, что самым эффективным является внедрение удлиненной капсулы, в которой соотношение сторон 1:10. Полые и сферические капсулы не имеют таких высоких показателей.


Как удается достичь самовосстановления полимеров? За счет ослабленных нековалентных связей между молекулами, как в водороде. Они обладают большей гибкостью и способны к восстановлению разорванных связей.


Одним из ярких примеров самовосстанавливающегося полимера является эластомер. Две части нужно просто присоединить друг к другу в месте разлома, и материал будет полностью восстановлен.


Создание полимерного самовосстанавливающегося материала


Весной 2017 года появилась информация, что калифорнийскими учеными был разработан “самозаживляющийся” полимер. Он очень хорошо растягивается и способен становится в длину в 50 раз больше своего первоначального размера.


Если этот материал разорвать пополам, то он полностью восстановится через день. Никаких разрывов, трещин или истончения вы не обнаружите.


Один из разработчиков - доктор Чао Ванга - говорит, что его вдохновителем стал Росомаха из людей Икс. Этот герой всегда был кумиром химика и ему хотелось создать то, что будет способно к самовосстановлению. После долгих исследований и опытов цель была достигнута.


Новый мягкий и гибкий полимерный материал восстанавливается благодаря использованию динамичных и ослабленных нековалентных связей ионно-дипольного типа. Они представляют собой связь между заряженными ионами и полярными молекулами. Такая связь подходит и для создания ионных проводников, что значительно расширяет возможности использования материала.


Ученые прежде всего видят область применения своей разработки в изготовлении смартфонов. Представляете, вы роняете телефон или его батарею и повреждаете, а они через день уже полностью восстанавливаются. Никаких сколов, царапин и трещин, а главно - затрат на ремонт или защитные устройства. Красота! Кто о таком не мечтал, после многочисленных падений любимого смартфона ? А теперь это может стать реальностью.


Сегодня ученые продолжают совершенствовать свой материал. Исследования продолжаются. Мы думаем, в скором времени на рынок выйдут абсолютно новые гаджеты - из будущего.

...