|
Разработка футуристического эластомера
|
|
|
|
Кристаллизация, вызванная деформацией, может укрепить, сделать более жесткими и облегчить эластокалорический эффект в эластомерах. Полученная кристалличность может быть вызвана механическим растяжением обычных эластомеров, содержание которых обычно составляет менее 20%, с плато растяжимости. В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances, Чейз М. Хартквист и группа ученых в области машиностроения и материаловедения из Массачусетского технологического института и Университета Дьюка в США использовали класс эластомеров, образованных путем сшивания концов, для достижения определенного процента деформации. индуцированная кристалличность. Разбухший и связанный на концах звездчатый эластомер, сокращенно DELSE, достиг сверхвысокой способности к растяжению в масштабе, превышающей предел насыщения обычных эластомеров, что обеспечивает высокий эластокалорический эффект при адиабатическом изменении температуры.
|
|
|
|
Процесс кристаллизации, вызванной напряжением, распространен в эластомерах и гелях, где аморфные полимерные цепи могут превращаться в высокоориентированные и выровненные домены из-за приложенного механического напряжения. Поскольку ориентированные и выровненные кристаллические домены могут противостоять расширению и притуплению трещин, что способствует их отклонению, процесс кристаллизации, вызванной деформацией, сохраняет целостность сети, достигая при этом почти 100% восстановления за секунды. Этот метод играет ключевую роль во многих приложениях, включая эластокалорическое охлаждение и приведение в действие на основе напряжения. Типичный процесс кристалличности, вызванной деформацией, в обычных эластомерах составляет менее 20%, в то время как натуральный каучук достигает кристалличности только около 15% при растяжении в шесть раз от своей первоначальной длины при комнатной температуре. В этой новой работе Хартквист и группа исследователей описали класс разбухших звездчатых эластомеров с концевыми связями, позволяющих достичь до 50% кристалличности, вызванной деформацией. Ученые объяснили кристаллизацию, вызванную сверхвысокой деформацией, однородной сетчатой структурой и высокой растяжимостью, что позволило получить ожидаемые результаты.
|
|
|
Чтобы изучить дополнительные характеристики эластомера, команда использовала рентгеновский анализ, чтобы показать, как структура и вызванное деформацией разбухшее и связанное на концах звездчатое эластомер способствуют кристалличности по сравнению с обычными эластомерами. Исследовательская группа дополнительно проанализировала образовавшуюся кристаллическую структуру с помощью детального рентгеновского анализа, где на разбухших и связанных на концах звездчатых эластомерах появилось дифракционное пятно, обозначающее образование кристаллов поли(этиленоксида) в спиральной структуре. Этот эластомер способствовал более высокой кристалличности, вызванной деформацией, по сравнению с обычными эластомерами. Исследовательская группа провела механическую характеристику при 60°C, чтобы изучить кристаллизацию, вызванную сверхвысокими деформациями, в разбухших эластомерах с концевыми связями, которая эффективно способствует высокой ударной вязкости с низким гистерезисом растяжения-напряжения. Хартквист и его команда усилили самые мягкие материалы, введя обратимые связи, чтобы вызвать большой гистерезис растяжения-напряжения.
|
|
|
|
Исследователи дополнительно изучили растяжимость эластомеров, чтобы показать, как материалы растягиваются за пределы запутанных сетей для более широкого применения. Затем они изучили возможность использования теплородного материала для твердотельного охлаждения, исследуя эластокалорический эффект в разбухших звездчатых эластомерах с концевыми связями, и сравнили результаты с обычными эластомерами. Ученые исследовали возможность использования теплородного материала для твердотельного охлаждения, изучая эластокалорические эффекты разбухших звездчатых эластомеров с концевыми связями по сравнению с натуральным каучуком. Идеальный эластокалорический цикл охлаждения может использовать уменьшение конформации энтропии для увеличения тепловой энтропии и нагревания сыпучего материала. В эластомерах с кристаллизацией, вызванной деформацией, дополнительное скрытое тепло способствует образованию кристаллитов, усиливая эффект. Повышенная растяжимость и равномерное распределение длины цепи материала увеличили теоретический эластокалорический эффект по сравнению с обычными эластомерами. Такие эластомеры являются сильными кандидатами, пригодными для передовых технологий твердотельного охлаждения.
|
|
|
|
Таким образом, ученые-материаловеды Чейз М. Хартквист и его коллеги сравнили разбухший звездчатый эластомер с концевыми связями с натуральным каучуком, чтобы продемонстрировать их повышенную стабильность, различный химический состав полимера и хорошо сформированную структуру, которая комбинаторно увеличивает кристаллизацию, вызванную деформацией, и эластокалорический эффект в эластомерные материалы. Сравнение материалов выявило их растяжимость и химический состав, а также значимость относительно однородной структуры. С момента раннего открытия Дж. Р. Кацем в 1924 году резиновой ленты из-за кристаллизации, вызванной напряжением, этот биоматериал сыграл значительную роль в обществе: от предметов домашнего обихода до автомобильных шин. В этом отчете команда описала эластомеры следующего поколения, разработанные с глубокой кристаллизацией, вызванной деформацией, которые превосходят размеры натурального каучука и других распространенных материалов. Разработанные материалы продемонстрировали способность превосходить традиционные аналоги, что предполагает возможность создавать мягкие материалы, регулируя их сетевую архитектуру. Эти материалы играют решающую роль в создании футуристических аэрокосмических конструкций, медицинских устройств и для применения эластокалорического охлаждения.
|
|
|
|
Источник
|
