Zmieniający kształt plastik z elastyczną przyszłością

Biorąc pod uwagę ograniczenia przestrzenne i wagowe, co zabrałbyś ze sobą na Marsa? Idealnym wyborem byłby pojedynczy materiał, który może przekształcić kształty w dowolny obiekt, jaki możesz sobie wyobrazić.

Rano możesz z tej substancji uformować sztućce. Kiedy skończysz śniadanie, możesz zamienić widelec i nóż w łopatę do pielęgnacji marsjańskiego ogrodu. Następnie, gdy na Czerwonej Planecie nadejdzie szczęśliwa godzina, ta łopata może stać się Twoim marsjańskim kuflem do piwa.

To, co brzmi jak science fiction, może być o krok bliżej rzeczywistości. Naukowcy ze Szkoły Inżynierii Molekularnej Pritzkera na Uniwersytecie w Chicago stworzyli nowy rodzaj tworzywa sztucznego o właściwościach, które można regulować pod wpływem ciepła, a następnie blokować poprzez szybkie chłodzenie – proces znany jako odpuszczanie. W przeciwieństwie do klasycznych tworzyw sztucznych, materiał zachowuje tę twardość po powrocie do temperatury pokojowej.

znaleziska, opublikowany W czwartek w „Science” może pewnego dnia zmienić sposób, w jaki astronauci pakują swoje bagaże w kosmosie.

„Zamiast zabierać ze sobą różne rodzaje plastiku, zabierasz go ze sobą, a następnie nadajesz mu potrzebne właściwości” – powiedział Stuart Rowan, chemik z Uniwersytetu w Chicago i autor nowego badania . .

Ale przestrzeń nie jest jedynym miejscem, w którym materia może być użyteczna. Zespół dr Rawana widzi także potencjał w innych środowiskach, w których zasoby są ograniczone, np. na morzu lub na polu bitwy. Można go również wykorzystać do budowy miękkich robotów i usprawnienia recyklingu tworzyw sztucznych.

„W życiu codziennym wszyscy jesteśmy zależni od tworzyw sztucznych” – powiedział Shrayesh Patel, inżynier chemik na Uniwersytecie w Chicago i autor nowego badania. Jednak na przykład kubki piankowe, worki na śmieci i soczewki okularowe wymagają tworzyw sztucznych o różnych właściwościach.

Z drugiej strony dr Patel stwierdziła, że ​​można wyprodukować jeden materiał spełniający różne potrzeby, „uproszczając sposób wytwarzania tworzyw sztucznych”. Sprawi także, że tworzywa sztuczne będą bardziej zrównoważone, ponieważ wszystkie elementy będą mogły zostać wspólnie przetworzone po recyklingu. Wyjaśnił, że ten plastik należy segregować, jeśli recykling przyczynia się do ponownego wykorzystania tylko niewielkiej części.

Nowoczesne tworzywa sztuczne składają się z łańcuchów trwale połączonych cząsteczek, przez co trudno je rozdzielić. Jednak badacze z Chicago twierdzą, że ich nowy materiał jest „pluripotencjalny” – termin często używany do opisania ogólnej właściwości komórek macierzystych – lub składa się z wiązań, które można rozerwać i zmienić kształt pod wpływem ciepła.

Inspiracją był sposób, w jaki kowale podgrzewają stal w piecu lub podgrzewają ją stopniowo, a następnie szybko schładzają. Jednak w przeciwieństwie do metalu plastik jest lekki i można go formować w temperaturach, które można osiągnąć za pomocą piekarnika lub płyty kuchennej.

Naukowcy podgrzali przezroczysty, czerwonawy plastik do temperatury w zakresie od 140 do 230 stopni Fahrenheita, a następnie przechowywali go w lodówce, aby szybko schłodzić. Podczas odpuszczania w niskich temperaturach tworzy się więcej wiązań molekularnych, dzięki czemu tworzywo sztuczne staje się twardsze. Ale w wyższych temperaturach materiał staje się bardziej miękki i lepki.

Zespół uformował z plastiku łyżkę na tyle solidną, że można z niej wyciągnąć masło orzechowe ze słoika, oraz widelec, którym można zebrać ser. Stworzyli także klej wystarczająco mocny, aby skleić ze sobą dwa kawałki szkła, oraz mały pazur podobny do tego, który można znaleźć na automacie do gier.

Julia Calo, chemik z Northwestern University, która nie brała udziału w badaniu, ale napisała: Punkt widzenia W wynikach nauki doszedł do wniosku, że istnieje jeden materiał, który może osiągnąć różnorodne unikalne i ekscytujące właściwości. „Teraz, gdy wiemy, że osiągnięcie tej właściwości może być przydatne, wielu innych badaczy zainspiruje się do znalezienia nowych sposobów osiągnięcia tego celu” – powiedziała.

Plastik o wielu pojemnościach pierwszej generacji ma pewne ograniczenia. Chociaż zespół wykazał, że materiał można ponownie przetworzyć co najmniej siedem razy i zachować swój kształt przez co najmniej miesiąc, nie ma pewności co do jego trwałości.

„Te produkty nie będą jeszcze bezpośrednim zamiennikiem podstawowych tworzyw sztucznych” – powiedział Nicholas Boynton, absolwent Uniwersytetu w Chicago, który kierował eksperymentami na potrzeby badania. Materiał nie może jeszcze osiągnąć na przykład twardości plastikowej torby ani elastyczności gumki.

„Jeszcze nie osiągnęliśmy celu, ale jesteśmy już bardzo blisko” – powiedział Boynton. „Myślę, że posiadanie jednego materiału, który może osiągnąć tak ogromną skalę, jest w tym momencie naprawdę ekscytujące”.