03.06.2009

Создан прозрачный полимер с прочностью стали

Ученые из Мичиганского университета создали прозрачный полимерный материал, по прочности сравнимый со сталью. В своей работе ученые имитировали молекулярную структуру типа «кирпичная кладка», обнаруженную к клетках морских моллюсков.

Главный автор новации — Николас Котов (Nicholas Kotov). В работе ему помогали коллеги из университета Мичигана: Джоерг Лаханн (Joerg Lahann), Айялусами Рамамурти (Ayyalusamy Ramamoorthy), Эллен Арруда (Ellen Arruda) и Энтони Ваас (Anthony Waas).

Николасу Котову удалось совершить то, что не удавалось многим исследователям в течение десятков лет – воссоздать свойство (в данном случае прочность) единичного конструкционного элемента (нанотрубки или нанослоя), в объемном материале.

Они создали робота, который строит слоистый (с толщиной слоёв нанометрового порядка) композитный материал, поочерёдно нанося на стеклянную подложку то "кирпичи", то "строительный раствор" из специальных ёмкостей.

Кирпичами для пластиковой стали послужили наночешуйки глины, взвешенные в воде (вернее, это была пудра из материала Na+-Montmorillonite — MTM, с наибольшим поперечником частиц в 110 нанометров), а цементом — полимерный клей поливиниловый спирт (PVA) плюс глутаральдегид (glutaraldehyde).

После нанесения каждого слоя робот дожидался его высыхания и только потом наносил новый слой.

Опытный образец пластиковой стали имеет размеры примерно как у пластинки жевательной резинки, а толщину — как у полиэтиленового пакета. Он прозрачен, лёгок и прочен. Правда, упругое растяжение пластиковой стали далеко не такое хорошее, как у полимеров типа полиэтилена. Напротив, она довольно "дубовая".

Кусочек "пластистали", созданный в университете Мичигана, содержит 300 двойных слоёв (то есть каждый такой слой, в свою очередь, состоит из одного слоя MTM и одного слоя PVA). Чтобы последовательно нанести их все, автоматическому аппарату потребовалось несколько часов.

Выбор связующего материала в данной технологии, по словам Котова, так же важен как и сама технология. Группа исследователей остановила свой выбор на поливиниловом спирте. Структура этого широко известного полимера и глинистых нано частиц такова, что в ходе постройки материала слой за слоем происходет образование сетки сильных водородных связей. Более того, на этой системе можно наблюдать так называемый «эффект застежки-липучки», когда разрушение единичной водородной связи приводит к её образованию в другом месте. По мнению Котова, этим и обусловлена невероятная прочность полученного материала. Другим фактором, влияющим на прочность, является взаимное расположение наночастиц в структуре материала, подобное кирпичной кладке.

Полученная учеными из Мичигана «пластмассовая сталь» имеет большие перспективы применения в изготовлении армейских бронежилетов и брони для военной техники. Кроме того материалу прочат большое будущее в микроэлектромеханике, авиации, биомедицине и многих других областях.

Источники:

1. Газета.Ru
2. MEMBRANA