Учёные из исследовательского центра компании IBM заявили о том, что им удалось создать новый класс промышленных полимеров. Материал крайне устойчив к механическим повреждениям, способен самовосстанавливаться и подлежит вторичной переработке.

Использование полимера поможет оптимизировать массу процессов в индустрии транспорта, аэрокосмической промышленности и производстве микроэлектроники. Кроме того, эти материалы могут быть преобразованы в новые полимерные структуры для дальнейшего повышения эффективности и прочности на 50%.

Поскольку полимеры являются неотъемлемой частью не только повседневной жизни, но и высоких вычислительных технологий, разработка нового класса этих веществ положит начало другому курсу развития всех отраслей любой промышленности. Существующие сегодня полимеры имеют ряд недостатков, которые материаловеды изо дня в день пытаются преодолеть.

Рис. 1. Новый материл лёгкий, прочный и способен к самовосстановлению (фото IBM).

В силу широкого использования эти вещества постоянно подвергаются агрессивному воздействию извне: термические и механические повреждения, химическая экспозиция и так далее. Полимерные материалы быстро изнашиваются, не способны к самовосстановлению и не могут быть переработаны.

Из-за этого мусорные свалки (и не только) сплошь завалены этими веществами, которые к тому же содержат на своей поверхности токсины и другие вредные вещества.

Ведущий автор нового исследования Джеймс Хедрик (James Hedrick), материаловед и специалист по органической химии, вместе со своей командой задался целью разработать такой материал, чтобы его свойства можно было бы задавать заранее, в зависимости от потребностей той или иной индустрии. Для этого учёные обратились к методу вычислительной химии и при помощи компьютера создали гипотетическую модель структуры нового материала.

В итоге получились полимеры, которые имеют в своей основе два смежных класса пластика. Они формируются путём объединения параформальдегида и 4,4-оксидианилина посредством конденсации. При нагревании до 250 ⁰C материал становится крайне прочным в силу образования ковалентных связей и вытеснения растворителя. Так получается первая из двух версий полимера.

Рис. 2. Структура полимера подсканирующим электронным микроскопом (фото IBM).

Он демонстрирует новые физические свойства. Первый материал устойчив к растрескиванию, лёгок и прочен, но при этом он ломкий, как стекло. Если же его соединить с углеродными нановолокнами и нагреть, полимер образует очень крепкий, лёгкий композитный материал, который похож на металл, но обладает в некоторой степени способностью к самовосстановлению при возникновении трещин.

Другая версия материала представляет собой эластичный гель. Он формируется при низких температурах и захватывает растворитель в свою молекулярную сеть. У геля-полимера способность к самовосстановлению намного выше: если его разрезать на две части, а потом соединить их вместе, то они срастутся за считанные секунды. Согласно пресс-релизу IBM, такой материал можно использовать в качестве клея или для транспортировки красителей и лекарственных препаратов.

«Новый инновационный материал подходит для решения глобальных проблем, возникающих при разработке новых продуктов и применении передовых технологий. Использование подкисленной воды позволит перерабатывать этот материал, что даст новый толчок к развитию транспортной промышленности и производства электронных микросхем», — заключает Хедрик.

Вместе со своими коллегами материаловед описал разработку новых материалов в статье, которая вышла в журнале Science.