De supramolekylära materialens funktioner. När materialet skadades, de läkte inom 1 min. Ytterligare, när den appliceras som en beläggning på ett glassubstrat, materialet visade extremt snabba läkande egenskaper, som hud. Den återvinningsbara egendomen kan behandla allvarliga skador som inte kan behandlas av den självläkande egendomen. Detta förlänger materialets livslängd. Kredit:Osaka University
Plast är allestädes närvarande i det moderna livet; tyvärr, när de tappar funktion, de förorenar miljön. Nu, Forskare vid Osaka University har utvecklat polymermaterial som kombinerar självläkande med styrka och återvinningsbarhet som kan förlänga den funktionella livslängden för tillverkad plast, vilket minimerar det ökande problemet med kasserade rester.
Polymerer är mångsidiga ämnen, består av många återkommande molekylära subenheter, med väsentliga och mångsidiga funktioner i biologiska processer och industri. Tyvärr, deras hållbarhet är tvåkant:plastavfall genererar skräp och kan förorena vår miljö i århundraden. Cirka 50 kg plast produceras årligen för varje människa; detta fördubblas varje decennium. År 2050, det kan finnas mer plast i våra hav än fisk. Eftersom plast är oumbärlig, förlänga deras funktionella livslängd genom att förbättra hållbarheten, självläkning och återvinningsbarhet kan bidra till att minska avfall.
Interaktioner mellan värd och gäst, en fascinerande gren av supramolekylär kemi, beskriver molekylära komplex som hålls i unika strukturella förhållanden genom icke-kovalent bindning. Dessa fysikaliska bindningar tillåter molekylär igenkänning och är idealiska för att framställa material med snabbt reversibla egenskaper.
"Vi framställde supramolekylära material genom att blanda värd- och gästpolymerer av acetylerat β-cyklodextrin och adamantan, " förklarar Junsu Park, huvud författare. "Vi jämförde tre blandningsmetoder:konventionell gjutning, planetknådning och kulfräsning. Kulfräsning använder zirkoniakulor i en zirkoniaslipburk på ett solhjul som roterar excentriskt omvänt. De ytterligare rotationskrafterna på slipytorna och samspelet mellan stötar och friktion orsakar blandning av nanoskala. "
Schematisk över inre strukturer av materialen och deras funktioner. Rent generellt, intrasslingar av polymerkedjor fördröjer effektiv molekylär igenkänning. Planetarisk blandning reder ut kedjeförvecklingarna för att möjliggöra effektiv molekylär igenkänning. Materialen uppvisar då extremt snabba självläkande och återvinningsbara egenskaper. Kredit:Osaka University
Forskarna analyserade polymererna genom att såra, återförenas, som beläggning av ett glassubstrat och efter upprepad kulfräsning. Med hjälp av dynamisk mekanisk analys, mätningar av termiska egenskaper, röntgenspridningsmätningar med liten vinkel, och konfokal laserskanningsmikroskopi, etc de bedömde reptålighet, deformerbarhet och draghållfasthet.
Resultaten var anmärkningsvärda. Planetblandning producerar effektivt tufft, självläkande, och återvinningsbara supramolekylära material. Ytrepor försvann på några sekunder och frakturerade fragment förenades på några minuter. Dessutom, mekaniska egenskaper bevarades även efter upprepad fräsning. "Ballfräsning löser polymerkedjorna i materialen och ökar deras rörlighet samtidigt som de underlättar ombildningen, " Park förklarar. "Detta upprätthåller antalet värd-gästinteraktioner, säkerställer både självläkning och seghet."
Potentiell tillämpning av de supramolekylära materialen. Kredit:Osaka University
Seniorförfattaren Yoshinori Takashima beskriver potentialen för dessa upptäckter:"Vi kan utveckla tuffa material som kan reparera sig själv som behåller dessa egenskaper även när de återvinns. Att förlänga deras funktionella livslängd är nyckeln till att spara miljön eftersom de används i allt större utsträckning i tillverkningen. Dessutom , deras unika biomimetiska egenskaper öppnar upp för användningsmöjligheter inom områden som konstgjord hud för proteser, robotar och till och med fordon."
