En polymer som självförstör? Även om det en gång var en fiktiv idé, Det finns nu nya polymerer som är tillräckligt robusta för att transportera paket eller sensorer till fientligt territorium och förångas omedelbart efter att ett militärt uppdrag har slutförts. Materialet har gjorts till ett styvt vingar och ett nylonliknande fallskärmstyg för luftburen leverans över avstånd på hundra mil eller mer. Det kan också användas en dag i byggmaterial eller miljösensorer.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Det här är inte sånt som sakta försämras under ett år, som den biologiskt nedbrytbara plasten som konsumenterna kanske känner till, säger Paul Kohl, Ph.D., vars team utvecklade materialet. "Denna polymer försvinner på ett ögonblick när du trycker på en knapp för att utlösa en intern mekanism eller solen träffar den." De försvinnande polymererna utvecklades för försvarsdepartementet, som är intresserad av att använda elektroniska sensorer och leveransfordon som inte lämnar några spår av sin existens efter användning, på så sätt undviker man upptäckt och minskar behovet av enhetsåterställning.

Nyckeln till att få en polymer att försvinna, eller bryta isär, är "taktemperatur". Under taktemperaturen, en polymerkonfiguration gynnas, men över den temperaturen, polymeren kommer att bryta isär till sina komponentmonomerer. Vanliga polymerer, som polystyren, har en taktemperatur över omgivningstemperaturen och är mycket stabila. Och även när de värms upp över sin taktemperatur, vissa av dessa material kan ta lång tid att sönderfalla. Till exempel, tusentals kemiska bindningar länkar samman alla monomerer i polystyren, och alla dessa bindningar måste brytas för att materialen ska brytas ned. Men med polymerer med låg taktemperatur, som de cykliska som Kohl använder, bara ett band behöver brytas, och sedan lossnar alla de andra banden, så depolymerisationen sker snabbt. Processen kan initieras av en temperaturökning från en extern eller inbäddad källa, eller med en ljuskänslig katalysator.

Under många år, forskare har försökt göra dessa polymerer, men misslyckades på grund av materialens instabilitet vid rumstemperatur. Kohls forskargrupp vid Georgia Institute of Technology upptäckte att de kunde övervinna detta problem om de var noga med att ta bort alla föroreningar som bildades under syntesen. Dessutom, de hittade ett antal aldehyder, inklusive ftalaldehyd, som lätt bildar cykliska polymerer. När de väl hade optimerat denna polymers syntes, de fokuserade på sätt att få det att försvinna.

Att göra detta, forskarna införlivade en ljuskänslig tillsats i polymeren, som absorberar ljus och katalyserar depolymerisation. "Initialt, vi gjorde den ljuskänslig för bara ultraviolett ljus så att vi kunde göra delarna i ett väl upplyst rum med lysrörsbelysning, och det var bara bra; det var stabilt, " säger Kohl. Men när polymeren placerades utanför, exponering för solljus förångade den (eller återställde den till en vätska, i vissa fall). Ett fordon utplacerat på natten skulle därför, försvinna med soluppgången.

Kohls grupp har sedan dess upptäckt nya tillsatser som kan utlösa depolymerisation vid olika våglängder av synligt ljus, så att polymeren kan sönderdelas inomhus. "Vi har polymerer designade för applikationer där du kommer i rummet, du tänder ljuset, och saken försvinner, " säger Kohl.

Gruppen har också bestämt hur man stoppar depolymerisation. "Vi har ett sätt att fördröja depolymerisationen under en viss tid - en timme, två timmar, tre timmar, " säger han. "Du skulle hålla den i mörker tills du skulle använda den, men då skulle du distribuera det under dagen, och du skulle ha tre timmar på dig innan det sönderdelas." Teamet har övervägt kemiska metoder för att starta nedbrytningsprocessen, också. Dessutom, de testar olika sampolymerer som kan tillsättas ftalaldehyd för att ändra materialets egenskaper utan att förändra dess förmåga att försvinna.

Kohl säger att detta "James Bond"-liknande material redan införlivas i militära enheter av andra forskare. Men han ser också potentialen i materialen för icke-militära tillämpningar. Till exempel, forskarna har gjort en försvinnande epoxi för ett tillfälligt lim som skulle kunna användas i byggmaterial. De föreställer sig också att materialet kan användas som sensorer för miljöövervakning. När sensorerna är klara med att samla in data, det finns ingen risk för nedskräpning av miljön eftersom de kan triggas att förångas. Materialet kan även användas för leveransfordon i avlägsna områden där återhämtningen är svår.