O nouă modalitate de a analiza modul în care învelişurile particulelor minuscule alterează proprietăţile plasticului transparent i-ar putea ajuta pe cercetători să creeze ferestre uşoare cu o duritate apropiată de cea a sticlei. Detalii, în cele ce urmează...
O analiză a cercetătorilor de la MIT ar putea duce la învelişuri îmbunătăţite folosind materiale compozite bazate pe polimeri.
Aceeaşi metodă ar putea furniza învelişuri foarte solide şi rezistente la zgârieturi care pot fi aplicate pe o mulţime de materiale diferite, potrivit cercetătorilor de la MIT care au dezvoltat studiul.
Au folosit pentru cercetare un polimer numit poli(metacrilat de metil) sau PMMA, care este adesea folosit ca un substitut pentru sticlă. Cunoscut sub denumirea generică de acril şi vândut sub mărci comerciale cum ar fi Lucite sau Plexiglas, acest material poate fi fragil şi este mult mai puţin rezistent la zgârieturi decât sticla.
Alţi cercetători au adăugat particule de dioxid de siliciu de dimensiuni nanometrice pe suprafaţa PMMA, creând o particulă polimer, nanocompozită, cu o rezistenţă mult mai mare. Dar echipa MIT a găsit în premieră o modalitate să analizeze interacţiunile particule-polimeri ale acestor învelişuri la scară nanometrică, lucru care ar putea facilita descoperirea unor învelişuri îmbunătăţite. Rezultatele muncii lor au fost publicate în luna iulie în jurnalul Soft Matter.
Analiza a fost realizată de Meng Qu, care efectuează studii post-doctorale la Department of Materials Science and Engineeering de la MIT, împreună cu profesorul asistent de la acelaşi departament, Krystyn Van Vliet şi alţi câţiva cercetători de la DuPont Nanocomposite Technologies din Delaware. Cercetarea a fost finanţată parţial de către alianţa DuPont-MIT.
Particulele de dioxid de siliciu au fost folosite ca înveliş pentru că sunt transparente şi astfel materialul rezultat îşi va menţine transparenţa. Doar că dioxidul de siliciu şi acrilul nu sunt compatibile, lucru care în mod obişnuit ar cauza adunarea în grupuri a micilor particule de dioxid de siliciu – care măsoară 10 până la 20 de nanometri în diametru sau aproximativ a zecea miime din lăţimea unui fir de păr uman. Pentru a depăşi acest lucru, dioxidul de siliciu a fost tratat cu alte “grupuri funcţionale” de molecule, schimbându-i-se proprietăţile de suprafaţă şi astfel permiţând dispersarea uniformă a siliciului pe suprafaţa polimerului.
Apoi cercetătorii au încălzit polimerul pentru ca să-l înmoaie uşor şi au folosit un microscop atomic pentru a observa cum particulele de dioxid de siliciu se scufundă uşor în suprafaţa polimerului. Aceste observaţii cu privire la dinamica proceselor nu au mai fost făcute înainte şi au permis echipei de la MIT să vadă cât de repede se scufundă particulele, cât şi să determine exact cum interacţionează ele cu polimerul.
Datele rezultate au permis echipei să estimeze cantitatea optimă a materialelor pentru înveliş precum şi densitatea necesară a particulelor pentru întărirea suprafeţei polimerului, făcând astfel posibili substituţii mai puternici pentru ferestre. Cercetarea ar putea duce la învelişuri rezistente la zgârieturi care se aplică prin pulverizare (tip spray), pentru orice, de la celulare până la maşini, spune Qu. “Orice suprafaţă care are nevoie de un strat de protecţie” este un potenţial candidat pentru un astfel de tratament, spune ea. “Am demonstrat că punând o cantitate mică de particule pe suprafaţă, rigiditatea creşte.”
Cercetarea ar putea de asemenea să facă o diferenţă în multe utilizări curente ale PMMA, precum ferestrele utilizate pentru acvariile mari. În prezent acestea sunt foarte groase, pentru a putea rezista presiunii enorme exercitate de apa din bazinele mari. Dar dacă materialul este mai rezistent, ferestrele ar putea fi făcute mai subţiri şi mai uşoare, şi astfel mai puţin costisitoare, spune Qu.
Mark VanLandingham, şef al Materials Response and Design Branch de la laboratorul de cercetare al Armatei Statelor Unite din Adelphi, Md., spune că au fost mai multe activităţi de cercetare în zona nanocompoziţilor de polimeri, dar această nouă cercetare oferă o abordare unică în studiul proprietăţilor fizice şi chimice fundamentale al acestor materiale. “A fost un amestec incredibil de cercetare peste tot” spune el: Unele studii au descoperit beneficii însemnate din adăugarea nanoparticulelor, în timp ce altele au găsit îmbunătăţiri minore. Deci, adaugă el, există un foarte mare interes în înţelegerea fundamentelor modului în care aceste materiale interacţionează “într-un mod cantitativ şi fundamental”.
Abordarea echipei de la MIT ar putea furniza o nouă metodă în studiul interacţiunii materialelor, spune VanLandingham, dar şi un posibil mod de a fabrica astfel de compozite. “Acest lucru oferă câteva direcţii noi” pentru cercetările viitoare care ar putea duce la aplicaţii utile, adaugă el.
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului A new approach to scratch resistance, publicat de web.mit.edu.
Traducerea: Ioan Florea
