Самозаживляющийся полимер восстановился без внешней помощи
Ученые-химики из Китая смогли получить самовосстанавливающийся полимер. Разрезанный пополам образец этого материала снова стал единым целым через 10 минут. Для восстановления не понадобились никакие внешние воздействия — срастание полимера было полностью автономным.
Процесс успешно проводили не только в идеальных условиях, но и в щелочной, кислой средах, при низкой температуре. Восстановление происходило благодаря совместному действию трех линкеров — двухцепочечных молекул, которые выступают связующим звеном и соединяют цепи полимера. Результаты исследования зафиксированы в Nature Communications.
До сих пор все разработанные полимеры или требовали внешних усилий для восстановления, или были непрочными.
В живом организме ткани имеют способность регенерироваться. Ученые разрабатывают искусственные материалы, которые тоже сами смогут восстанавливать свою структуру, для применения при создании электронной кожи и гибкой электроники. Это поможет улучшить надежность и безопасность материалов, увеличить их срок службы.
Пока разработка самовосстанавливающихся материалов, которые могут срастаться в агрессивных условиях, — непростая задача. Большинство материалов требует внешних воздействий (света, тепла или давления) для регенерации либо конструкции проявляют слабую механическую прочность при испытаниях.
Рекордсменом в эластичности оказался полимер, в котором мольное соотношение PDMS/IP/SS/BNB было 4/8/1/3. Он выдерживал растяжение вплоть до 14000% своей изначальной длины. А вот лучше всего восстанавливался образец, в котором было чуть больше дисульфидных связей — соотношение 4/8/2/2. Такой полимер восстанавливал свою структуру даже в жестких условиях: при охлаждении до -40 градусов Цельсия, в очень кислых и очень щелочных растворах, а также в растворах с большим содержанием солей. В нормальных условиях процесс срастания занимает всего десять минут, прочность после этого отчасти ухудшается, но все еще впечатляющая — например, образец выдерживает вес в 526 раз больше собственного.
Исследователи синтезировали семь полимеров с разными формулами. В их основе лежали цепи из полидиметилсилоксана (PDMS) в различных пропорциях с добавлением линкеров: ароматического дисульфида (SS), производного бипиридина (BNB) и изофорона димочевины (IP).
Каждый из полученных материалов испытали на растяжимость и способность к самовосстановлению. Образец растягивали, разрезали и соединяли обе части. Лучше всех показали себя материалы со всеми тремя линкерами, но лидером по эластичности выступил полимер со структурой PDMS/IP/SS/BNB, где мольное соотношение составляло 4/8/1/3. Рекорд по восстановлению в суровых условиях — у полимера с соотношением 4/8/2/2. Он показал хорошие результаты при низкой температуре, в кислой и щелочной среде, а в нормальных условиях регенерировался за 10 минут.