Stretching macht Material stärker

(ISNS)--Rippen Plastiktüten, wenn Sie vorbei an ihre Grenzen gedehnt. Ihr Telefon fallen, ist ein guter Weg, um es zu brechen. Aber jetzt haben Forscher einen Kunststoff, der eigentlich mit Missbrauch stärkt entwickelt.

Dieses neue Material ließe sich Risikogebieten tragende Objekte, z. B. Gebäude Lieferungen oder sogar künstliche Herzklappen zu verstärken. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher, von der Duke University in Durham, N.C. kürzlich in einer Ausgabe der Zeitschrift Nature Chemistry.

"Die Idee, dass Sie destruktive Energie und in konstruktive Energie umzuwandeln ist ziemlich aufregend", sagte Stephen Craig, Chemiker an der Duke University.

Das Rückgrat des Kunststoffs ist eine lange Kette von Dreiecken mit einem Kohlenstoffatom an jedem Punkt und zwei Brom-Atome an der Spitze des Dreiecks. Zieht das Material einer Seite des Dreiecks teilt aber die Kette bricht nicht, macht es nur länger, in der gleichen Weise entwirren eine Schleife in eine Schnur die Schnur länger macht. Die unlooping Blätter eine lineare Kette mit Brom-Atome punktiert.

Gemischt mit diesen Ketten ist ein weiteres Molekül. Sobald das Dreieck in einer linearen Kette aufgeteilt wurde, reagiert dieser zusätzlichen Molekül mit Brom-Atome, separate Ketten zu verknüpfen. Dies bildet ein Netz, das Fischernetz Netz ähnelt. Sobald verbunden, der Kunststoff verliert Flexibilität und viel stärker wird.

Die Art des Materials, die bei gezogen oder komprimierte reagiert ist ein "Mechanophore" genannt, weil Bereich mechanische Beanspruchung, anstatt Chemikalien, Licht oder Wärme reagiert. Die Anleihen sind buchstäblich auseinander gerissen und das löst die Verknüpfung Reaktion.

Seit der Gründung des Mechanophores in den 2000er Jahren – vor kurzem in wissenschaftlicher Hinsicht – eine wachsende Zahl von Literatur, die von vielen verschiedenen Forschungsgruppen veröffentlicht wurde das Feld in viele verschiedene Richtungen gestreckt. Es gibt eine Menge Dinge, die diese Materialien tun können.

"[Dieses] Papier wird in schüren noch mehr Interesse und neue Richtungen auswirken", sagte Andrew Boydston, Chemiker an der University of Washington, die auch funktioniert mit Mechanophores aber nicht dieser Forschung beteiligt war.

Die Forscher der Duke komprimiert den Kunststoff durch einen Extruder, eine Maschine, die ein Material durch eine Form drückt die chemische Reaktion erzeugt. Bevor Sie verbinden wurde der Kunststoff weich und flexibel. Nach der molekularen Skala umgestaltet wurde der Kunststoff "deutlich steifere."

Dann testeten sie das Material durch eine mikroskopische Nadel in einer Technik bekannt als Nanoindentation stossen. Diese Methode gibt ein direktes Maß für die Härte des Materials auf molekularer Ebene. Nanoindentation zeigte das Material Härte stieg um zweihundert Mal nach der Extrusion.

Forscher untersuchten auch das Material in einer Lösung aufgelöst. Statt es zu komprimieren, schüttelten sie die Lösung mit gepulster Ultraschall. Nach 30 Minuten Ultraschall geliert das Material, Beschichtung von den Seiten des Behälters in einem dünnen Film durch die Ketten verbinden. Gepulster Ultraschall wird häufig im medizinischen Bereich zur Förderung der Heilung bei Knochenbrüchen, zerrissenen Muskeln und Weichteile wie Knorpel. Das neue Material mit therapeutischen Ultraschall Kupplung kann helfen, um solche Schäden zu reparieren.

Ob mit dem Extruder oder Ultraschall, sind die Bande, die form und das Material stärken kovalente, was bedeutet, dass mehrere Atome ihre Elektronen teilen. Kovalente Bindungen sind sehr stark und nicht leicht gebrochen.

"Die wichtigste Erkenntnis ist die Tatsache, dass sie in der Lage, die Kraft aktiviert Verstärkung durch die Bildung von neuen kovalente Bindungen zu erreichen", sagte Boydston.

Der nächste Schritt in dieser Forschung, Craig sagte, ist zu einem Material, das härtet in Zeiten von Stress, sondern kehrt in seine weichen Zustand zurück, wenn die Belastung entfernt wird. Seine Gruppe arbeitet an der Entwicklung einer wirklich reversiblen Systems, die seine groß angelegte Form, beim Wechsel der molekularen Struktur halten kann.

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics. Jenna Bilbrey ist ein freiberuflicher Schriftsteller mit Sitz in Athen, GA.