Источник: Джон Зич/Притцкеровская школа молекулярной инженерии Чикагского университета
Этот материал можно закалять, и он способен принимать различные формы, как сталь в руках кузнеца. В будущем он может изменить космические путешествия, переработку отходов и многое другое.
При ограниченных габаритах и весе что бы вы взяли с собой, если бы отправились на Марс? Идеальным вариантом может стать материал, который способен менять форму, превращаясь в любой предмет, который вы только пожелаете.
Утром из этого материала можно было бы сделать посуду для приема пищи. Когда завтрак закончен, вы можете превратить вилку и нож в лопату, чтобы ухаживать за марсианским садом. А когда на красной планете наступит "счастливый час", эта лопата может стать кружкой для марсианского пива.
То, что звучит как научная фантастика, возможно, становится все ближе к реальности. Исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета создали новый тип пластика со свойствами, которые можно задать с помощью нагрева, а затем сохранить при быстром охлаждении — процесс, известный как закалка. В отличие от классических пластмасс, материал сохраняет жесткость при возвращении к комнатной температуре.
Результаты исследования, опубликованные в четверг в журнале Science, могут в будущем изменить способ подготовки астронавтов к полетам в космос.
"Вместо того чтобы брать с собой множество различных материалов, можно взять один пластик и придать ему нужные свойства по мере необходимости", — говорит Стюарт Роуэн, химик из Чикагского университета и один из авторов нового исследования.
Но космос — не единственное место, где может пригодиться этот материал. Команда доктора Роуэна видит его потенциал и в других условиях, где ресурсы ограничены, — например, на море или на поле боя. Его также можно использовать для создания роботов и для улучшения переработки пластмасс.
"Мы все зависим от пластика в нашей повседневной жизни", — считает Шраеш Патель, инженер-химик из Чикагского университета и один из авторов нового исследования. "Но, например, пенопластовые стаканчики, мусорные пакеты и линзы для очков — все они требуют пластика с особыми свойствами".
С другой стороны, использование единого материала для различных нужд "упрощает процесс производства пластика", — говорит профессор Патель. Это также сделает пластик более экологичным, поскольку при переработке все предметы можно будет перерабатывать вместе. То, что при переработке пластик приходится сортировать, приводит к тому, что лишь небольшая часть его может быть использована повторно.
Современные пластики состоят из цепочек молекул, которые прочно связаны между собой, что затрудняет их разрушение. Но чикагские исследователи утверждают, что их новый материал является "плюрипотентным" (термин, обычно используемый для описания общих свойств стволовых клеток) или состоит из связей, которые могут быть разрушены и вновь сформированы с помощью изменения температуры.
На создание такого материала ученых вдохновило то, как кузнецы закаляют сталь в печи, постепенно нагревая и быстро охлаждая ее. Но в отличие от металла, пластмассы легки и могут быть сформованы при температуре, которую можно получить в духовке или на плите.
Исследователи нагрели красноватый полупрозрачный пластик до температуры от 140 до 230 градусов по Фаренгейту, а затем поместили его в морозильную камеру, чтобы быстро охладить. При нагревании при более низких температурах образовывалось больше молекулярных связей, что делало пластик более жестким. Но при более высоких температурах материал становился более мягким и эластичным.
Команда вылепила из пластика ложку, достаточно жесткую, чтобы зачерпнуть арахисовую пасту из банки, и вилку, которой можно подцепить сыр. Они также создали клей, достаточно прочный, чтобы склеить два куска стекла, и маленькую клешню, похожую на ту, что можно найти в игрушечной машинке.
Джулия Калоу, химик из Северо-Западного университета, которая не принимала участия в исследовании, но написала о его результатах для журнала Science, считает идею единого материала, который может обладать самыми разными свойствами, уникальной и захватывающей. "Теперь, когда мы знаем, что достижение этого качества может быть полезным, многие другие исследователи будут вдохновлены на поиск новых способов достижения этой цели", — считает она.
У первого поколения плюрипотентного пластика есть и ограничения. Хотя команда показала, что материал можно перерабатывать не менее семи раз, и он сохраняет свою форму не менее месяца, существует неопределенность относительно его срока годности.
"Пока что они не станут полноценной заменой товарным пластикам", — говорит Николас Бойнтон, аспирант Чикагского университета, руководивший экспериментами в рамках исследования. Материал пока не способен достичь прочности как, например, у полиэтиленового пакета, или эластичности как у резиновой ленты.
"Мы еще не достигли этих показателей, но уже очень близки к ним", — говорит Бойнтон. "Я думаю, что наличие одного материала, который может использоваться для различных целей", — вот что действительно интересно на данный момент.
Источник: @thebugged
