نویسنده: کیم والس کوینتانا
Newswise — ALBUQUERQUE، NM — تیمی در آزمایشگاه ملی Sandia مولکولی را توسعه داده اند که به تغییر نحوه واکنش برخی از مواد به نوسانات دما کمک می کند و آنها را بادوام تر می کند. این برنامه ای است که می تواند در همه چیز از قاب های پلاستیکی گوشی گرفته تا موشک استفاده شود.
پلیمرها که شامل اشکال مختلف پلاستیک هستند، از مولکول‌های کوچک‌تری که به هم متصل شده‌اند تشکیل شده‌اند. این اتصال آنها را به ویژه قوی و محصولی ایده آل برای محافظت از اجزای ظریف در طیف گسترده ای از موارد می کند. اما با گذشت زمان، استفاده و قرار گرفتن در معرض محیط های مختلف، همه مواد شروع به خراب شدن می کنند.
گرم به سرد، سرد به گرم، مشکل بزرگ است
یکی از بزرگترین عوامل در تخریب مواد، قرار گرفتن مکرر در دمای بالا تا پایین و بالعکس است. اکثر مواد هنگام گرم شدن منبسط می شوند 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.
اریکا ردلاین، دانشمند موادی که این تیم را رهبری می کرد، گفت که اکثر اجسام از بیش از یک نوع ماده تشکیل شده اند.
ردلاین گفت: «به عنوان مثال تلفن خود را که دارای یک محفظه پلاستیکی همراه با صفحه شیشه ای است و در داخل آن فلزات و سرامیک هایی که مدار را تشکیل می دهند، در نظر بگیرید. “همه این مواد پیچ خورده، چسبانده می شوند یا به نحوی به یکدیگر متصل می شوند و با سرعت های مختلف شروع به انبساط و انقباض می کنند و به یکدیگر فشار وارد می کنند که می تواند به مرور زمان باعث ترک خوردن یا تاب برداشتن آنها شود.”
ردلاین گفت که او بارها و بارها از بسیاری از مشتریان ساندیا شکایت مشابهی می شنود.
Redline گفت: “آنها همیشه در مورد مشکلات عدم تطابق انبساط حرارتی و سخت بودن کار با سیستم های موجود خود به دلیل تمام پرکننده هایی که برای جبران آن باید اضافه کنند صحبت می کنند.”
با آن، ایده Redline متولد شد.
ردلاین می‌گوید: «فکر می‌کردم اگر به یک ماده بی‌نقص دست پیدا کنم، چه شکلی به نظر می‌رسد.
ردلاین کمک تیمش، چاد استایگر، جیسون دوگار، اریک ناگل، کوشیک گوش، جف فاستر، کنت لیون، آلانا یون، و همکاران اتحادیه دانشگاهی پروفسور زکریا پیج و دانشجوی فارغ التحصیل مگان کیکر را به خاطر کار خود می داند.
مولکول در حال عمل
این تیم یک مولکول را تغییر دادند تا بتوان آن را به راحتی در یک پلیمر گنجاند تا خواص آن را تغییر دهد.
ردلاین می‌گوید: «این واقعاً یک مولکول منحصربه‌فرد است که وقتی آن را گرم می‌کنید، به جای منبسط شدن، در واقع منقبض می‌شود و شکلش تغییر می‌کند.»
هنگامی که به یک پلیمر اضافه می شود، باعث می شود که پلیمر کمتر منقبض شود و به مقادیر انبساط و انقباض مشابه فلزات برسد. داشتن یک مولکول که مانند یک فلز رفتار می کند بسیار قابل توجه است.
امکانات بی پایان
این مولکول را می توان به روش های بی پایان مورد استفاده قرار داد. پلیمرها به عنوان پوشش های محافظ در الکترونیک، سیستم های ارتباطی، پنل های خورشیدی، قطعات خودرو، بردهای مدار چاپی، کاربردهای هوافضا، سیستم های دفاعی، کفپوش ها و غیره استفاده می شوند.
جیسون داگر، مهندس شیمی در Sandia که در حال بررسی کاربردهای بالقوه، به ویژه در سیستم‌های دفاعی است، می‌گوید: «این مولکول نه تنها مشکلات فعلی را حل می‌کند، بلکه فضای طراحی را برای نوآوری‌های بیشتر در آینده بسیار باز می‌کند.
یکی دیگر از کلیدهای این اختراع این است که می توان آن را در بخش های مختلف پلیمر با درصدهای مختلف در پرینت سه بعدی گنجاند.
داگر گفت: “شما می توانید ساختاری با رفتار حرارتی خاص در یک ناحیه و رفتار حرارتی متفاوت در ناحیه دیگر چاپ کنید تا با مواد موجود در قسمت های مختلف جسم مطابقت داشته باشد.”
مزیت دیگر کاهش وزن مواد با حذف پرکننده های سنگین است.
داگر گفت: «این به ما امکان می‌دهد تا برای صرفه‌جویی در جرم، چیزها را بسیار سبک‌تر کنیم». به عنوان مثال، این امر به ویژه هنگام پرتاب یک ماهواره مهم است. هر گرمی که می توانیم پس انداز کنیم بسیار زیاد است.»
ردلاین گفت که او همچنین با یک فرمول‌ساز اپوکسی تماس گرفته است که معتقد است این مولکول می‌تواند در چسب‌ها گنجانده شود.
گام بعدی
این تیم فقط این مولکول را در مقادیر کم ایجاد کرده است، اما آنها در تلاش هستند تا راهی برای افزایش تولید پیدا کنند تا سایر محققان Sandia بتوانند مولکول را برای برآورده کردن نیازهای ماموریت آزمایش کنند.
چاد استایگر، شیمیدان آلی در ساندیا، این مولکول را ساخت. او گفت حدود 10 روز طول می کشد تا بین 7-10 گرم تهیه شود.
استایگر گفت: «متاسفانه، این یک سنتز طولانی برای این مولکول است. «گام‌های بیشتر مساوی 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. با پلیمرها، هر چه ارزان‌تر باشد، برای پذیرش در مقیاس بزرگ بهتر است.»
این تیم با استفاده از بودجه 100000 دلاری از طریق برنامه بلوغ فناوری Sandia که به محصولات آماده بازار کمک می کند، برای کاهش مراحل کار می کند.
اریک ناگل، پسادکتر گفت: «نقش من این است که ببینم آیا راه آسان‌تری برای انجام آن در سطح تجاری وجود دارد یا خیر. «هیچ چیز شبیه آن بیرون وجود ندارد. من واقعاً در مورد امکاناتی که این فناوری می تواند انجام دهد و برنامه هایی که می توانند به آن متصل شوند هیجان زده هستم.
اشتایگر گفت: «بسیار خارق‌العاده و کاملاً باز است.
دوگار موافقت کرد: “این واقعاً چیزی است که آسمان محدود است.”
