Elastomerer är de mjuka, elastiska material, som geler och gummin, som finns i bil- och flygplansdelar, inom sportutrustning, och används för att skydda precisionsmaskiner och byggnader mot vibrationer. Forskare vill nu göra dem tunnare och tuffare, utan att förlora elasticiteten. Nagoya Universitys materialingenjör Yukikazu Takeoka och kollegor granskade de senaste ansträngningarna för att förbättra elastomerer för tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material .

"Vår recension ger tips om vilken typ av molekylärt tänkande som måste gå till för att göra elastomerer segare, säger Takeoka.

Elastomerer är gjorda av många, långa molekylkedjor av upprepade subenheter. De kan genomgå stora deformationer när de sträcks, återgå till sin ursprungliga form när spänningen släpps. De kan göra detta eftersom deras molekylkedjor har tillräckligt med rörlighet för att sträcka sig och knäckas.

Elasticitet och total seghet beror på interaktionerna mellan molekylkedjorna inuti materialet. Forskare har arbetat med att kontrollera hur kedjor länkar samman och interagerar för att förändra elastomers mekaniska egenskaper.

Takeoka och hans team från Nagoya Universitys avdelning för molekylär och makromolekylär kemi förklarar att elastomerer kan göras segare genom att introducera starka väte- eller jonbindningar som reversibelt kan länka samman elastomerkedjor. Dessa reversibla bindningar fäster och lossnar från elastomerkedjorna när materialet deformeras. Forskare har använt vätebindningar för att tillverka starka hydrogeler som kan deformeras upp till 600 % och återgå till sitt ursprungliga tillstånd inom tre minuter vid 37°C eller några sekunder vid 50°C.

Elastomerkedjor kan också kopplas samman genom ringliknande "cykliska" molekyler, ger länkade kedjor en stor grad av flexibilitet och förbättrad seghet. Ett team av forskare tillverkade en mycket flexibel elastomer genom att blanda lösningar av polyetylenglykol och cykliskt alfa-cyklodextrin i vatten.

Takeoka och hans kollegor föreslår att ytterligare kombination av elastomerer kopplade av reversibla bindningar och rörliga cykliska molekyler kan leda till ännu tuffare elastomerer med bättre förlängning. "Vår granskning betonar vikten av att undersöka molekylärt beteende i detalj när man designar polymermaterial, säger Takeoka.