пятница, 12 июля 2019 г.

Новый гибкий полимерный композит имеет сердечник из металлического сплава

Команда химиков и инженеров полимеров из Университета Карнеги-Меллона разработала новую методологию, которую можно использовать для создания класса растяжимых полимерных композиционных материалов с улучшенными электрическими и термическими свойствами. Эти материалы являются многообещающими кандидатами для использования в мягкой робототехнике, электронике для самовосстановления и медицинских устройствах.

В этом исследовании ученые объединили свой опыт в фундаментальной науке и технике, чтобы разработать метод, который равномерно включает эвтектический галлий-индий (EGaIn), металлический сплав, который является жидким при температуре окружающей среды, в эластомер. Это создало новый материал - очень эластичный, мягкий, многофункциональный композит с высоким уровнем
термостойкости и электропроводности.

Кармель Маджиди, профессор машиностроения в Carnegie Mellon и директор лаборатории Soft Machines, провела обширное исследование по разработке новых, мягких материалов, которые могут быть использованы для биомедицинских и других применений. В рамках этого исследования он разработал резиновые композиты, засеянные наноскопическими каплями жидкого металла. Эти материалы казались многообещающими, но техника механического смешивания, которую он использовал для объединения компонентов, давала материалы с несовместимыми составами и, следовательно, с несовместимыми свойствами.

Чтобы преодолеть эту проблему, Маджиди обратился к химику-полимеру Карнеги-Меллона и профессору естественных наук Кшиштофу Матияшевскому, который в 1994 году разработал радикальную полимеризацию с переносом атомов (ATRP). ATRP, первый и самый надежный метод контролируемой полимеризации, позволяет ученым связывать мономеры поштучно, создавая высоко адаптированные полимеры с особыми свойствами.
«Новые материалы эффективны, только если они надежны. Вам нужно знать, что ваш материал будет работать одинаково каждый раз, прежде чем вы сможете превратить его в коммерческий продукт», - сказал Матияшевский. «ATRP зарекомендовал себя как мощный инструмент для создания новых материалов, которые имеют устойчивые, надежные структуры и уникальные свойства».

Маджиди и Матияшевский, вместе с профессором материаловедения и инженерии Майклом Боксталлером, использовали ATRP для прикрепления мономерных кистей к поверхности нанокапелек EGaIn. Щетки были способны соединяться вместе, образуя прочные связи с каплями. Это привело к тому, что жидкий металл стал равномерно распределенным по всему эластомеру, что привело к получению материала с высокой эластичностью и высокой теплопроводностью.

Матияшевский также отметил, что после прививки полимера температура кристаллизации eGaIn была снижена с 15 до -80 ° C, расширяя жидкую фазу капли - и, следовательно, ее свойства жидкости - вплоть до очень низких температур.
«Теперь мы можем суспендировать жидкий металл практически в любом полимере или сополимере, чтобы адаптировать их свойства материала и улучшить их характеристики», - сказал Маджиди. «Это не было сделано раньше. Это открывает дверь для будущего открытия материалов».

Исследователи предполагают, что этот процесс может быть использован для объединения различных полимеров с жидким металлом; Контролируя концентрацию жидкого металла, они должны иметь возможность контролировать свойства материалов, которые они создают. Число возможных комбинаций огромно, но исследователи полагают, что с помощью искусственного интеллекта их подход может быть использован для создания эластомерных композитов на заказ с индивидуальными свойствами. Результатом станет новый класс материалов, которые можно использовать в самых разных областях, включая мягкую робототехнику, искусственную кожу и биосовместимые медицинские устройства.
https://polypropilentm.ru/

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Пишите комментарии по существу