دانشمندان ساندیا (Sandia) مولکولی ساختند که سایش و پارگی را کاهش می دهد. یک تیم تحقیقاتی در آزمایشگاه ملی Sandia مولکولی را توسعه داده اند که به تغییر نحوه واکنش برخی از مواد به نوسانات دما کمک می کند و دوام آنها را افزایش می دهد. این پیشرفت این پتانسیل را دارد که در همه چیز از قاب های پلاستیکی گوشی گرفته تا موشک، مورد استفاده قرار گیرد.
درک پلیمرها و تاثیر دما
پلیمرها که شامل اشکال مختلف پلاستیک هستند، از مولکول‌های کوچک زیادی تشکیل شده‌اند که به یکدیگر متصل شده‌اند. این پیوند آنها را بسیار قوی می کند و محصولی ایده آل برای محافظت از اجزای ظریف در طیف گسترده ای از اقلام است. با این حال، با گذشت زمان، استفاده و قرار گرفتن در معرض محیط های مختلف، تمام مواد شروع به خراب شدن می کنند.
یکی از بزرگترین عوامل در زوال مواد، قرار گرفتن مکرر در معرض دمای سرد به گرم و برعکس است. اکثر مواد هنگام گرم شدن منبسط و در هنگام سرد شدن منقبض می شوند، اما هر ماده سرعت تغییر خاص خود را دارد. به عنوان مثال، پلیمرها بیشترین انبساط و انقباض را دارند، در حالی که فلزات و سرامیک ها کمترین انقباض را دارند.
چالش های مواد مرکب
اریکا ردلاین، دانشمند موادی که این تیم را رهبری می‌کند، گفت که بیشتر اقلام از بیش از یک نوع ماده تشکیل شده‌اند. او گفت: «به عنوان مثال، تلفن خود را در نظر بگیرید که دارای یک محفظه پلاستیکی است که به یک صفحه شیشه ای متصل شده است، و در داخل آن، فلزات و سرامیک هایی که مدار را تشکیل می دهند. این مواد همگی پیچ، چسبانده یا به نوعی به هم چسبیده اند و با سرعت های مختلف شروع به انبساط و انقباض می کنند و به یکدیگر فشار وارد می کنند که می تواند باعث ترک خوردن یا تاب برداشتن آنها در طول زمان شود.
ردلاین گفت: «فکر کردم، اگر یک متریال بی نقص به ذهنم خطور کند، چه شکلی می شود؟
ردلاین فکر می‌کند با کمک تیمش چاد استایگر، جیسون داگر، اریک ناگل، کوشیک گوش، جف فاستر، کنت لیون، آلانا یون و همکاران دانشگاهی پروفسور زکریا پیج، و دانشجوی فارغ‌التحصیل، مگان کیکر، این کار را انجام داده است.
این تیم یک مولکول را به گونه‌ای اصلاح کردند که بتوان آن را به راحتی در یک پلیمر ادغام کرد و خواص آن را تغییر داد. ردلاین گفت: «این واقعاً یک مولکول منحصربه‌فرد است که وقتی آن را گرم می‌کنید، به جای اینکه منبسط شود، در واقع با تغییر شکلش منقبض می‌شود.»
هنگامی که به یک پلیمر اضافه می شود، باعث می شود که پلیمر کمتر منقبض شود و به مقادیر انبساط و انقباض مشابه فلزات تبدیل شود. داشتن یک مولکول که مانند فلز رفتار می کند بسیار قابل توجه است.
این مولکول می تواند به روش های بی پایان، مورد استفاده قرار گیرد. پلیمرها به عنوان پوشش های محافظ در الکترونیک، سیستم های ارتباطی، پنل های خورشیدی، قطعات خودرو، برد مدار چاپی، کاربردهای هوافضا، سیستم های دفاعی، کفپوش ها و غیره استفاده می شوند.
جیسون داگر، مهندس شیمی ساندیا که به دنبال کاربردهای بالقوه، به ویژه در سیستم‌های دفاعی بوده است، می‌گوید: «این مولکول نه تنها مسائل فعلی را حل می‌کند، بلکه فضای طراحی را برای نوآوری‌های بیشتر در آینده به طور قابل توجهی باز می‌کند.
کلید دیگر این اختراع این است که می توان آن را با درصدهای مختلف در بخش های مختلف پلیمر در پرینت سه بعدی گنجاند. داگر گفت: “شما می توانید ساختاری را با رفتارهای حرارتی خاص در یک منطقه و سایر رفتارهای حرارتی را در منطقه دیگر برای مطابقت با مواد در قسمت های مختلف، چاپ کنید.”
مزیت دیگر کمک به کاهش وزن مواد با حذف پرکننده های سنگین است. داگر گفت: «این به ما امکان می‌دهد کارهای بسیار سبک‌تری برای صرفه‌جویی در جرم انجام دهیم. این امر به ویژه هنگام پرتاب یک ماهواره مهم است. هر گرمی که می توانیم پس انداز کنیم بسیار زیاد است.»
ردلاین گفت که یک فرمول‌ساز اپوکسی نیز با او تماس گرفته است که معتقد است این مولکول می‌تواند در چسب‌ها گنجانده شود.
گام بعدی چیست؟
اگرچه این تیم فقط در مقادیر کم این مولکول را ایجاد کرده است، آنها در تلاش هستند تا راهی برای افزایش تولید پیدا کنند تا سایر محققان ساندیا بتوانند مولکول را مطابق با نیازهای ماموریت خود آزمایش کنند.
چاد استایگر، شیمیدان آلی در ساندیا، این مولکول را می سازد. او گفت حدود 10 روز طول می کشد تا بین 7 تا 10 گرم تهیه شود. استایگر گفت: «متاسفانه این یک سنتز طولانی برای این مولکول است. «گام‌های بیشتر برابر است با زمان بیشتر و پول بیشتر. شما معمولاً سنتزهای پنج تا شش مرحله ای را در مواد با ارزش بالاتر مانند داروها مشاهده می کنید. در پلیمرها، هر چه ارزان‌تر باشد، برای پذیرش در مقیاس وسیع بهتر است.»
این تیم در حال تلاش برای کاهش مراحل با استفاده از بودجه صد هزار دلاری از طریق برنامه بلوغ فناوری Sandia است که به محصولات آماده برای بازار کمک می کند.
اریک ناگل، در این زمینه می گوید: «نقش من این است که ببینم آیا راه آسان‌تری برای ساخت آن در سطح تجاری وجود دارد یا خیر. «هیچ چیز شبیه آن وجود ندارد. من واقعاً از امکاناتی که این فناوری می‌تواند انجام دهد و برنامه‌هایی که می‌تواند با آن مرتبط باشد هیجان‌زده هستم.»
