Istraživački tim sa Wageningen University opisao je novu klasu materijala — kompleksajmere — koji se oblikuju kao staklo, a istovremeno podnose udar kao plastika. Ključ svojstva su dugodomne ionske interakcije koje drže polimerske lance kompaktima i menjaju način topljenja. Kompleksajmeri su razvijeni kao reciklirajuća alternativa termoset plastikama i lako se popravljaju zagrevanjem. Otkriće takođe doprinosi razumevanju staklene tranzicije.
Bizarni „kompleksajmeri“ krše pravila: oblikuju se kao staklo, a izdržljivi su kao plastika
U laboratoriji Wageningen University u Nizozemskoj nalaze se samo neki gramovi materijala koji, prema istraživačima, ne bi trebalo da postoje: takozvani kompleksajmeri mogu da se oblikuju poput prozorskog stakla, a istovremeno su otporni na udar kao plastika.
U radu objavljenom u Nature Communications, fizički hemičar Jasper van der Gucht i njegov tim objašnjavaju kako kompleksajmeri kombinuju visoku tačku topljenja i sporo pretvaranje iz čvrstog u tečno stanje (kao kod stakla) sa velikom otpornosti na lom (kao kod mnogih plastika). Takva kombinacija, kažu autori, protivreči dosadašnjem empirijskom pravilu koje povezuje sporo topljenje sa krhkošću.
Kako funkcionišu kompleksajmeri?
Ključ su dugolančani polimeri koji su povezani ne klasičnim kovalentnim već ionskim interakcijama — privlačenjem naelektrisanih molekula („suprotnosti se privlače“). Istraživači su u polimere ugradili naelektrisane segmente i hidrofobne komponente kako bi sprečili raspadanje u vodi. Po njihovoj hipotezi, ionske veze deluju na većim udaljenostima i pomažu lancima da ostanu kompaktni pri zagrevanju, usporavajući prelaz u tečno stanje bez gubitka mehaničke čvrstoće.
„Samo zagrevanjem (na primer fenom) možete sanirati ogrebotinu ili pukotinu“, kaže van der Gucht, ističući praktičnu prednost — lakoću popravke u poređenju sa klasičnim termoset plastikama.
Moguće primene i značaj
Kompleksajmeri su prvobitno razvijeni kao lako reciklirajuća alternativa termoset plastikama, koje su stabilne ali teško reciklirajuće zbog čvrstih kovalentnih veza između polimernih lanaca. Materijal koji zadržava mehaničku otpornost, a može se popravljati i potencijalno lakše reciklira, otvara mogućnosti za primenu u zaštitnoj opremi (npr. kacige), komponentama koje treba često popravljati ili u specijalizovanim delovima otpornim na udar.
Nezavisni stručnjak Matthew Tirrell (University of Chicago) komentariše da ionske interakcije mogu unaprediti mehanička svojstva stakloformirajućih materijala i učiniti ih lakšim za obradu. Istraživanje takođe pruža nove smernice fizičarima u razumevanju staklene tranzicije — procesa kojim amorfni materijali prelaze između čvrstog i tečnog stanja.
Autori naglašavaju da su rezultati još u ranoj fazi i da su za širu upotrebu potrebna dodatna istraživanja, skaliranje proizvodnje i testovi dugotrajnosti. Ipak, ovo otkriće pomera granice razumevanja strukture i svojstava staklastih materijala i otvara nove pravce za dizajn funkcionalnih, reciklirajućih polimera.
Pomozite nam da budemo bolji.
