Forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign har förbättrat tekniken för frontal polymerisation, där en liten mängd värme utlöser en rörlig reaktionsvåg som producerar ett polymert material. Den nya metoden möjliggör ett bredare utbud av material med bättre kontroll över deras termiska och mekaniska egenskaper.

Pappret, "Snabb syntes av elastomerer och härdplaster med avstämbara termomekaniska egenskaper, "publicerades i ACS Makrobokstäver och valdes som ACS -redaktörers val.

"De flesta av de tidigare undersökningarna tittade på styvare material. Detta papper är första gången som frontpolymerisation har använts för att syntetisera ett gummiaktigt material, "sa Nancy Sottos, en Maybelle Leland Swanlund ordförande och chef för institutionen för materialvetenskap och teknik, som också leder gruppen Autonomous Materials Systems vid Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "Den nya tekniken gör att vi kan ha mer kontroll och gör material som har goda tekniska egenskaper när det gäller styrka och styvhet."

Forskarna använde en blandning av två monomerer, 1, 5-cyklooktadien och dicyklopentadien, för att skapa material skräddarsydda för ett brett spektrum av applikationer.

"Dessa material liknar kemiskt det som används i däck, "sade Leon Dean, en doktorand i Sottos -gruppen, som är en del av AMS. "Konventionellt, syntesen av gummi kräver ett organiskt lösningsmedel, flera steg, och mycket energi, som inte är miljövänligt. Vår lösningsmedelsfria tillverkningsmetod påskyndar processen och minskar energiförbrukningen. "

Med denna teknik, forskarna kunde göra material som visar en formminne -polymerhand. Formminneseffekten uppstår när en fördeformerad polymer värms utöver dess glasövergångstemperatur, vilket är den punkt som polymeren ändras från en hård, glasartat material till ett mjukt, gummiaktigt material. Den sekventiella förändringen i form möjliggjordes av skillnaderna i glasövergångstemperatur mellan varje lager.

"Vi gjorde ett skiktat material i form av en hand, där varje lager hade olika mängder av de två monomererna och därför olika glasövergångstemperaturer, "sa Qiong Wu, en postdoktor i Moore -gruppen, som också ingår i AMS. "När du värmer polymeren över den högsta glasövergångstemperaturen och sedan kyler den, det bildar en knytnäve. När du höjer temperaturen igen, nävarnas siffror öppnas i följd. "

Forskarna hoppas kunna vidareutveckla denna teknik genom att förbättra sin kontroll över polymeregenskaperna. "Även om vi har visat att flera fastigheter kan anpassas över ett brett spektrum, det är fortfarande en utmaning att justera varje fastighet individuellt, "Sa Wu.

"Att skala upp tekniken kommer också att vara en utmaning, "Sade Dean." Det mesta av vårt arbete har gjorts i laboratorieskala. Dock, vid tillverkning i större skala, det finns en konkurrens mellan bulkpolymerisation och frontal polymerisation. "

"Denna studie demonstrerar Beckman Institute när det är som bäst, "sa Jeff Moore, en Ikenberry Endowed Chair, professor i kemi, och chefen för Beckman Institute. "Det samlade två grupper som har olika perspektiv på ett problem, men dela ett gemensamt mål. "

Omar Alshangiti, en kandidatexamen i Moore -gruppen, bidragit också betydligt till studien genom att undersöka lämpliga monomerkombinationer, att förbereda de flesta proverna och mäta alla parametrar för frontal polymerisationsprocess.