Funzioni dei materiali supramolecolari. Quando i materiali furono feriti, sono guariti entro 1 min. Ulteriore, quando applicato come rivestimento su un substrato di vetro, il materiale ha mostrato proprietà di guarigione estremamente rapide, come la pelle. La proprietà riciclabile può trattare danni gravi che non possono essere trattati dalla proprietà autoriparante. Ciò prolunga la durata del materiale. Credito:Università di Osaka
La plastica è onnipresente nella vita moderna; Sfortunatamente, una volta che perdono la funzione, inquinano l'ambiente. Ora, i ricercatori dell'Università di Osaka hanno sviluppato materiali polimerici che combinano l'autoguarigione con la forza e la riciclabilità che potrebbero prolungare la vita funzionale delle plastiche prodotte, minimizzando così il problema crescente dei resti scartati.
I polimeri sono sostanze versatili, composto da molte subunità molecolari ripetute, con funzioni essenziali e diversificate nei processi biologici e nell'industria. Purtroppo, la loro durata è a doppio taglio:i rifiuti di plastica generano rifiuti e possono contaminare il nostro ambiente per secoli. Ogni anno vengono prodotti circa 50 kg di plastica per ogni essere umano; questo raddoppia ogni decennio. Entro il 2050, potrebbe esserci più plastica nei nostri oceani che pesci. Poiché la plastica è indispensabile, estendendo la loro vita funzionale migliorando la durata, l'autoguarigione e la riciclabilità possono aiutare a ridurre gli sprechi.
Interazioni ospite-ospite, un affascinante ramo della chimica supramolecolare, descrive complessi molecolari tenuti in relazioni strutturali uniche da legami non covalenti. Questi legami fisici consentono il riconoscimento molecolare e sono ideali per la preparazione di materiali con proprietà rapidamente reversibili.
"Abbiamo preparato materiali supramolecolari mescolando polimeri ospiti e ospiti di -ciclodestrina acetilata e adamantano, " spiega Junsu Park, autore principale. "Abbiamo confrontato tre metodi di miscelazione:colata convenzionale, impastatura planetaria e macinazione a palline. La fresatura a sfere impiega sfere di zirconia in un vaso di macinazione di zirconia su una ruota solare che gira eccentricamente al contrario. Le forze rotazionali aggiuntive sulle superfici di molatura e l'interazione tra impatto e attrito causano una miscelazione su scala nanometrica".
Schema delle strutture interne dei materiali e delle loro funzioni. In genere, gli entanglement delle catene polimeriche ritardano il riconoscimento molecolare efficace. La miscelazione planetaria districa gli intrecci di catena per consentire un efficace riconoscimento molecolare. I materiali mostrano quindi proprietà autorigeneranti e riciclabili estremamente rapide. Credito:Università di Osaka
I ricercatori hanno analizzato i polimeri ferendo, ricongiungersi, come rivestimento di un substrato di vetro e dopo ripetute macinazioni a sfere. Utilizzando l'analisi meccanica dinamica, misurazioni delle proprietà termiche, misurazioni della diffusione dei raggi X a piccoli angoli, e microscopia confocale a scansione laser, ecc hanno valutato la resistenza ai graffi, deformabilità e resistenza alla trazione.
I risultati sono stati notevoli. Miscelazione planetaria prodotta in modo efficiente resistente, auto-guaribile, e materiali supramolecolari riciclabili. I graffi superficiali sono scomparsi in pochi secondi e i frammenti fratturati si sono uniti in pochi minuti. Inoltre, le proprietà meccaniche sono state preservate anche dopo ripetute fresature. "La fresatura a sfere districa le catene polimeriche nei materiali e ne aumenta la mobilità facilitandone la riformazione, " spiega Park. "Questo mantiene il numero di interazioni ospite-ospite, assicurando sia l'autoguarigione che la forza."
Potenziale applicazione dei materiali supramolecolari. Credito:Università di Osaka
L'autore senior Yoshinori Takashima descrive il potenziale di queste scoperte:"Possiamo sviluppare materiali resistenti in grado di autoripararsi che mantengono queste proprietà anche quando riciclati. Prolungare la loro durata funzionale è la chiave per salvare l'ambiente poiché vengono sempre più utilizzati nella produzione. Inoltre , le loro proprietà biomimetiche uniche aprono vie di applicazione in campi come la pelle artificiale per le protesi, robot e persino veicoli."
