Tim u Sandia National Laboratories razvio je molekul koji pomaže u promeni načina na koji neki materijali reaguju na temperaturne fluktuacije, što ih čini izdržljivijim. To je aplikacija koja se može koristiti u svemu, od plastičnih futrola za telefone do projektila.
Polimeri, koji uključuju različite oblike plastike, sastoje se od mnogo manjih molekula, povezanih zajedno. Ova veza ih čini posebno jakim i idealnim proizvodom koji se koristi za zaštitu delikatnih komponenti u širokom spektru predmeta. Ali s vremenom, upotrebom i izlaganjem različitim okruženjima, svi materijali počinju da propadaju.
Jedan od najvećih faktora propadanja materijala je ponovljeno izlaganje od vrućih do niskih temperatura i nazad. Većina materijala se širi kada se zagreje i skuplja kada se ohladi, ali svaki materijal ima svoju stopu promene. Polimeri se, na primer, najviše šire i skupljaju, dok se metali i keramika najmanje skupljaju.
Erika Redlajn, naučnik o materijalima koji vodi tim, kaže da se većina predmeta sastoji od više od jedne vrste materijala.
„Uzmite za primer vaš telefon, koji ima plastično kućište, spojeno sa staklenim ekranom, a unutar njega metali i keramika koji čine kola“, rekao je Redlajn. „Svi ovi materijali su zašrafljeni, zalepljeni ili na neki način povezani zajedno i počeće da se šire i skupljaju različitim brzinama, stvarajući naprezanja jedan na drugog što može dovesti do pucanja ili iskrivljenja tokom vremena.
Redlajn je rekla da je stalno slušala istu pritužbu od mnogih Sandijinih kupaca.
„Oni uvek govore o problemima neusklađenosti termičke ekspanzije io tome kako je teško raditi sa njihovim postojećim sistemima zbog svih punila koje treba da dodaju da bi kompenzovali“, rekao je Redlajn.
Sa tim se rodila ideja Redlajna.
„Pomislio sam, šta ako dočaram savršen materijal, kako bi to izgledalo“, rekao je Redlajn.
Redlajn misli da je to uradila, uz pomoć svog tima Čeda Stajgera, Džejsona Dagera, Erika Nagela, Koušika Goša, Džefa Fostera, Keneta Lajonsa, Alane Jun i saradnika iz akademskog saveza, profesora Zakarije Pejdža i postdiplomca Megan Kiker.
Tim je modifikovao molekul tako da se lako može ugraditi u polimer da bi promenio njegova svojstva.
„Ovo je zaista jedinstven molekul koji kada ga zagrejete, umesto da se širi, on se zapravo skuplja podvrgavajući promenu svog oblika“, rekao je Redlajn.
„Kada se doda polimeru, to uzrokuje da se polimer manje skuplja, dostižući vrednosti širenja i kontrakcije slične metalima. Imati molekul koji se ponaša kao metal je prilično izvanredno.“
Ovaj molekul se može koristiti na beskrajne načine. Polimeri se koriste kao zaštitni premazi u elektronici, komunikacionim sistemima, solarnim panelima, automobilskim komponentama, štampanim pločama, aplikacijama u vazduhoplovstvu, odbrambenim sistemima, podovima i još mnogo toga.
„Molekul ne samo da rešava trenutne probleme, već značajno otvara prostor za dizajn za više inovacija u budućnosti“, rekao je Džejson Dager, hemijski inženjer kompanije Sandia koji se bavi potencijalnim primenama, posebno u odbrambenim sistemima.
Drugi ključ ovog pronalaska je da se može ugraditi u različite delove polimera u različitim procentima, u 3D štampanju.
„Možete da odštampate strukturu sa određenim termičkim ponašanjem u jednoj oblasti, a drugim termičkim ponašanjem u drugoj kako biste odgovarali materijalima u različitim delovima predmeta“, rekao je Dugger.
Još jedna prednost je pomoć u smanjenju težine materijala eliminacijom teških punila.
„To bi nam omogućilo da radimo stvari mnogo lakše da bismo uštedeli masu“, rekao je Dager. „To je posebno važno kada se lansira satelit, na primer. Svaki gram koji možemo da uštedimo je ogroman.“
Redlajn je rekla da joj se obratio i formulator epoksida koji veruje da bi ovaj molekul mogao da se ugradi u lepkove.
Tim je stvorio ovaj molekul samo u malim količinama, ali rade na pronalaženju načina da povećaju proizvodnju kako bi drugi istraživači Sandije mogli testirati molekul kako bi odgovarao potrebama misije.
Chad Staiger, organski hemičar u Sandiji, pravi molekul. Rekao je da mu je potrebno oko 10 dana da napravi između 7 i 10 grama.
„Nažalost, to je duga sinteza za ovaj molekul“, rekao je Staiger. „Više koraka znači više vremena i više novca. Obično vidite sinteze u pet do šest koraka u materijalima veće vrednosti kao što su farmaceutski proizvodi. U polimerima, što je jeftinije, to bolje za široko usvajanje.“
Tim radi na smanjenju koraka.
„Moja uloga je da vidim da li postoji lakši način da se to napravi na komercijalnom nivou“, rekao je postdok Erik Nagel. „Ne postoji ništa slično tome. Zaista sam uzbuđen zbog mogućnosti šta ova tehnologija može da uradi i aplikacija koje bi mogle biti povezane sa ovim.“
„Prilično je fenomenalno i prilično otvoreno“, rekao je Staiger.
