IBM myślał... i wymyslił nową klasę polimerów: wytrzymałych i samoregenerujących się

Polimery, które są budulcem powszechnie stosowanych plastików, znane są nauce już od XIX wieku. Jednak przez długie lata istniały raczej jako demonstracja możliwości technologicznych niż przydatny materiał. W drugiej połowie XX wieku powszechność plastików znacząco wzrosła, aż w końcu doprowadziła do bardzo szybkiego rozwoju masowej produkcji. Dziś plastikowe obudowy, które kryją bardzo zaawansowane urządzenia, nikogo nie dziwią. Plastiki mogą mieć różną charakterystykę wytrzymałościową, ale w ogólności to kruche i mało odporne na uszkodzenia materiały. IBM przez długie lata pracował nad udoskonaleniem polimerów tak, by dało się wytwarzać materiały konstrukcyjne tanie, łatwe w całkowitym odzysku, a zarazem odporne na szkodliwe czynniki (rozpuszczalniki, naprężenia), lekkie i o własnościach samoregeneracji.

Ostatnie doniesienia z IBM Research sugerują, że poszukiwania uwieńczono sukcesem. Możliwy był on dzięki połączeniu technik eksperymentów laboratoryjnych z chemią obliczeniową, czyli zaawansowanymi symulacjami komputerowymi reakcji chemicznych zachodzących w rzeczywistości. Mówiąc inaczej, zamiast wyłącznie eksperymentować z istniejącymi już polimerami, inżynierowie wsparli się podpowiedziami komputera, który zasugerował jak powinien wyglądać idealny jego zdaniem polimer. W ten sposób udało się stworzyć pierwszą od lat nową grupę polimerów o wspomnianych wyżej własnościach.

IBM liczy, że jego odkryciem zainteresują się branże elektroniczna, lotnicza, transportowa, a także przemysł kosmiczny. Choć obecnie stosuje się już zaawansowane rodzaje polimerów, to, zdaniem badaczy, nadal mają one słabe strony. Łatwy selektywny recycling jest wciąż jedną z nich.

Kilka słów należy się także na temat samego przedmiotu odkrycia. Pierwsza wersja nowych polimerów powstała z połączenia parafolrmaldehydu i 4,4'-oksydianiliny w procesie kondensacyjnym. Są one lekkie, sztywne, a zarazem odporne na łamanie i działanie rozpuszczalników. Podgrzanie tych polimerów do 250 stopni Celsjusza sprawia, że stają się one mocniejsze, ale zarazem dość kruche, tak jak szkło. Wystawienie na działanie wody o dużej kwasowości sprawia, że polimer ten rozkłada się na substancje składowe, co umożliwia ponowne jego wykorzystanie.

Wzbogacenie struktury tej drugiej wersji polimeru o włókna węglowe lub inne wypełniacze i podgrzanie do wysokiej temperatury nadaje mu ogromną wytrzymałość porównywalną do metalu. Dzięki temu można go wykorzystać jako element konstrukcyjny takich struktur jak szkielety samochodów czy samolotów. Wykazuje się on także własnościami regenerującymi.

Powstała także wersja polimeru, który wytwarzany jest w niskich temperaturach. Jego struktura przypomina gumę, charakteryzuje się zatem rozciągliwością, ale jest także bardzo wytrzymała. Ma też duże zdolności do samoregeneracji. Nawet gdy próbka zostanie przecięta na pół, wystarczy, by utrzymany został kontakt pomiędzy dwoma częściami, aby natychmiast ponownie się połączyły.

Źródło: IBM