Νέο διαφανές πλαστικό είναι τόσο ισχυρό όπως ο χάλυβας

Πηγή: PhysOrg, 5 Οκτωβρίου 2007

Μιμούμενοι την παραδοσιακή μέθοδο παραγωγής μαργαριταριών στα κοχύλια, ερευνητές στο πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν δημιούργησε ένα σύνθετο πλαστικό που είναι τόσο ισχυρό όσο ο χάλυβας αλλά ελαφρύτερος και διαφανής.

Η νέα πλαστική δομή αποτελείται από νανοστρώματα αργίλου και από ένα υδατοδιαλυτό πολυμερές το οποίο διαθέτει χημική δομή παρόμοια με αυτή της λευκής κόλλας.

Ο καθηγητής εφαρμοσμένης Μηχανικής Nicholas Kotov το ονόμασε πλαστικό ατσάλι, ωστόσο πολλοί υποστηρίζουν ότι ο τίτλος αυτός δεν είναι ακόμα αντιπροσωπευτικός του υλικού, γιατί το νέο υλικό δεν είναι αρκετά αρκετά ελαστικό ώστε να έχει αυτό το όνομα. Εντούτοις, λένε ότι η ανάπτυξή του θα μπορούσε να οδηγήσει σε ελαφρύτερες και ανθεκτικότερες στολές για τους στρατιώτες ή τους αστυνόμους αλλά και τα οχήματά τους. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί στις μικροηλεκτρομηχανικές συσκευές, σε διατάξεις μικροροής, σε βιοϊατρικούς αισθητήρες καθώς και σε βαλβίδες και τηλεκατευθυνόμενα αεροσκάφη.

Οι επιστήμονες έλυσαν ένα πρόβλημα που είχε μπερδέψει τους μηχανικούς και τους επιστήμονες για δεκαετίες: μεμονωμένες δομικές μονάδες νανο-μεγέθους, όπως οι νανοσωλήνες, νανοστιβάδες και νανοσύρματα είναι πολύ ισχυρά. Ωστόσο μεγαλύτερες δομές οι οποίες αποτελούνται από πολλά συνδεδεμένα νανοδομικά υλικά ήταν συγκριτικά πιο ασθενείς, μέχρι τώρα.


"Όταν προσπαθήσετε να φτιάξετε μεγαλύτερα αντικείμενα με τα νανο-υλικά αυτά βλέπετε ότι δεν μπορείτε να μεταφέρετε εκεί τις ιδιότητες των νάνο-υλικών", λέει ο Kotov. "Όμως εμείς έχουμε καταφέρει σχεδόν την ιδανική μεταφορά της τάσης μεταξύ των νανοστιβάδων και μιας πολυμερούς μήτρας."

Οι ερευνητές δημιούργησαν αυτό το νέο σύνθετο πλαστικό με μια μηχανή που αυτοί ανέπτυξαν που κατασκευάζει υλικά με το ένα στρώμα νανοκλίμακας μετά το άλλο.

Η ρομποτική μηχανή αποτελείται από ένα βραχίονα ο οποίος χρησιμεύει για την επιλογή φιαλιδίων από διαφορετικά υγρά. Σε συγκεκριμένη περίπτωση, ο βραχίονας μαζί με ένα κομμάτι από γυαλί σε μικροσκοπικό μέγεθος χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του νέου υλικού.

Ο βραχίονας βύθισε το γυαλί σε ένα διάλυμα πολυβυνιλικής αλκοόλης (σαν κόλλα) και στη συνέχεια σε ένα υγρό στο οποίο είχαν διαλυθεί νανο-στιβάδες με προσθήκη πηλού. Μετά από την αποξήρανση, η προηγούμενη διαδικασία πραγματοποιήθηκε ξανά. Χρειάστηκαν περίπου 300 στιβάδες από κάθε στοιχείο για την δημιουργία μιας δομής τόσο λεπτής όσο ένα πλαστικό κάλυμμα.

Η διαδικασία κατασκευής του 'μαργαριταριού', περιλαμβάνει μια ιριδίζουσα επένδυση του στρειδιού που είναι φτιαγμένη στρώμα με στρώμα, όπως αυτό. Είναι ένα από τα πιο σκληρά φυσικά υλικά βασισμένα σε ορυκτό.

Το πολυμερές σώμα σαν κόλλα που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το πείραμα, που είναι πολυβινυλική αλκοόλη, ήταν πολύ σημαντικό όσο και η διαδικασία σχηματισμού στρώμα με στρώμα. Η δομή της νανο-κόλλας και του αργίλου νανο-στιβάδας επέτρεψε στα στρώματα να σχηματίσουν συνεκτικούς δεσμούς υδρογόνου, το οποίο προκαλεί αυτό που ο Kotov ονόμασε "φαινόμενο Velcro." Τέτοιοι δεσμοί, εάν σπάσουν, μπορούν να μεταφερθούν εύκολα σε μια νέα θέση.

Το φαινόμενο Velcro είναι ένας λόγος που το υλικό είναι τόσο ισχυρό. Ένας άλλος λόγος είναι η ρύθμιση των νανο-στιβάδων. Συσσωρεύονται όπως τα τούβλα, σε ένα εναλλασσόμενο σχέδιο.

Η ανακάλυψη δημοσιεύτηκε στις 5 Οκτωβρίου στο επιστημονικό περιοδικό Science.

Home