пятница, 12 июля 2019 г.

Исследование потока полимеров раскрывает красивые отношения

Перед разработкой следующего поколения мягких материалов, исследователи должны сначала понять,

как они ведут себя во время быстро меняющейся деформации. 
В новом исследовании исследователи

поставили под сомнение предыдущие предположения относительно поведения полимера, используя

недавно разработанные лабораторные методы, которые измеряют поток полимера на молекулярном

уровне.


Такой подход может привести к разработке новых материалов для биомедицинских, промышленных и

экологических применений - от полимеров, способствующих свертыванию крови, до материалов, которые

более эффективно извлекают нефть и газ из скважин. 


Понимание механики того, как материалы молекулярно реагируют на изменяющиеся потоки, имеет

решающее значение для разработки высококачественных материалов, а определение структуры для

интерпретации и описания этих свойств ускользало от ученых на протяжении десятилетий.


«Когда полимерные материалы - синтетические или биологические - деформируются, они реагируют как

на макроскопическом, так и на молекулярном уровне», - сказал Саймон Роджерс, профессор химической

и биомолекулярной инженерии в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн и ведущий автор

статьи. 
«Отношения между двумя шкалами ответов являются сложными и до сих пор были трудно

описать».


Предыдущие исследования пытались математически охарактеризовать взаимосвязь между

микроскопическим и макроскопическим поведением деформации полимера, но не смогли связать физику

с какими-либо четко определенными микроструктурными наблюдениями.



«В нашем исследовании мы хотели измерить как структурные, так и механические свойства полимеров во

время деформации, чтобы пролить свет на происхождение уникальных механических свойств», - сказал

Джонни Чинг-Вей Ли, аспирант и соавтор статьи. 
«Мы подумали, что, возможно, лучше всего попытаться

использовать прямые наблюдения для объяснения сложной физики».


В лаборатории исследователи одновременно измеряли многомасштабные деформации, комбинируя

традиционные инструменты для измерения напряжения и деформации на макроскопическом уровне с

техникой, называемой нейтронным рассеянием, для наблюдения структуры на молекулярном уровне. 
Это

показало что-то неожиданное.


«Благодаря одновременному измерению рассеяния нейтронов и потока мы можем напрямую соотносить

структуру и механические свойства с временным разрешением порядка миллисекунд», - пояснила

соавтор Кэти Вейгандт, исследователь из Национального института стандартов и технологий США

Нейтронная наука. 
«Этот подход привел к фундаментальному пониманию широкого спектра

наноструктурированных сложных жидкостей, и в этой работе проверяются новые подходы к проведению

измерений потока полимера».



«Предыдущие исследования предполагали, что величина прикладной деформации в макромасштабе - это

то, что мягкие материалы испытывают в микромасштабе», - сказал Ли. 
«Но данные рассеяния нейтронов

из нашего исследования ясно показывают, что именно деформация, которая может быть восстановлена,

имеет значение, потому что она определяет весь отклик в терминах макроскопического потока - то, что

ранее было неизвестно».


По мнению исследователей, эта разработка поможет исправить некоторые плохо изученные явления в

исследованиях полимеров, например, почему полимеры расширяются в процессе 3D-печати.

«Мы придумали то, что мы называем отношениями структура-свойство-обработка», - сказал

Роджерс. 
«Этот тонкий, но в то же время принципиально иной взгляд на поведение полимера обобщает

то, что мы видим как простые и красивые отношения, которые, как мы ожидаем, окажутся весьма

эффективными».



Исследование дает основную информацию о давней проблеме в области мягких конденсированных сред,

и группа специалистов заявила, что установившиеся отношения структура-свойство-обработка могут

обеспечить новый критерий проектирования для мягких материалов.

https://polypropilentm.ru

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Пишите комментарии по существу